[发明专利]纳米氧化锆陶瓷强化耐磨钢球及其制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及用在大型磨球机上的磨介钢球，具体为一种纳米氧化锆陶瓷强化耐磨钢球，并涉及此种耐磨钢球的制造方法。

 

背景技术

球磨机是工业生产中广泛使用的高细磨机械之一。球磨机钢球是球磨机设备研磨物料介质，通过球磨机钢球之间、钢球与物料之间的碰撞摩擦产生磨剥作用，是重要的基础零部件，尤其是精密工业钢球在国民经济发展中起着巨大作用，其广泛用于水泥厂和发电厂等工艺过程中。在一些特殊条件下，常常需要特殊材质的钢球，来完成不同环境下所要求达到的功能。现有技术中，球磨机的磨介钢球主要包括高铬钢球、低铬钢球、多元合金钢球和钒钛铬合金钢球等，但是对于硬度、耐磨性、耐腐蚀、耐高温要求较高的磨介钢球还不能完全满足用户的需要，如矿山、电厂等。据资料和实践表明，在磨介钢球疲劳损耗中，钢球其工作表面和次表面层的损伤（如微小点蚀、腐蚀、表面疲劳损伤和塑性变形等）占60%的比例，由此可见，要改善和提高磨介钢球的工作性能是本领域技术人员有待解决的问题。

 

发明内容

本发明解决现有球磨机磨介钢球工作性能（耐磨、耐腐蚀、耐高温和硬度）存在的不足，提供一种高耐磨、耐腐蚀、耐高温、高硬度的纳米氧化锆陶瓷强化耐磨钢球。

本发明的另一目的是提供所述纳米氧化锆陶瓷强化耐磨钢球的制造工艺。

解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种纳米氧化锆陶瓷强化耐磨钢球，其特征在于，在钢球本体的表面和次表面均匀镶嵌纳米氧化锆陶瓷粉。

进一步，所述纳米氧化锆陶瓷粉均匀嵌入在钢球表面和次表面，纳米氧化锆陶瓷粉加量为钢球质量的0.1%～0.3%。所述纳米氧化锆陶瓷粉中包含5%～30%的添加剂。

所述纳米氧化锆陶瓷强化耐磨钢球的制造方法，包括如下顺序的步骤：

　1）纳米氧化锆陶瓷的配料：将粒度为40～100nm粒径的氧化钇部分稳定纳米氧化锆粉体与粘接剂按 95～98∶5～2的质量比配混合，加入1～1.5倍混合料重量的净水，调配成料浆球磨16～24 h；

2）雾化干燥：将步骤1）所得到的料浆加入质量比为0.5%～1%的分散剂，在喷雾干燥塔内雾化干燥，干燥塔温度控制在110～300℃范围内，制成造粒粉末；       

3）筛分：将步骤2）所得到的粉末过筛，取粒度范围为180～320目筛之间粉末，即40～90μm粉末；其余粉末回收再次球磨；

4）干压致密：将步骤3）所得到的粒度为40～90μm的粉末加在12～16 Mpa压力下，在干粉压机上成型出50mm～100mm×150mm～200mm×4～10mm的矩形块，使其素坯密度≥2.5 g/cm³；

5）烧结致密化：将步骤4）所得的矩形块放入升降式电阻窑炉中，烧结至1500℃～1600℃，烧结成瓷，保温3～5小时后，使其密度≥6.0 g/cm³，让其自然降温冷却；

6）粉碎打磨制粉：将步骤5）冷却后的致密化陶瓷放入破碎机、砂轮机打磨制成陶瓷粉；将陶瓷粉粉末过筛，取200～400目筛之间致密粉末，加入5%～30%质量的添加剂混合均匀，备用；

7）钢材选择：将含有钒（Ｖ）：０．０６～０．１０，钛（Ｔｉ）：０．０４～０．１０，铬（Ｃｒ）：０．１０～０．１５，碳（Ｃ）：０．５５～０．９０，硅（Ｓｉ）：０．２８～０．９０，锰（Ｍｎ）：０．８０～１．７０，磷（Ｐ）：０～０．０３，硫（Ｓ）：０－０．０３５，其余为铁（Ｆｅ）的钢材切割成所需尺寸的矩形块材；

8）模锻成球：将步骤7）的矩形块材放入加热炉中加热到1100℃～1150℃，然后将其放到锻打设备上进行模锻成球形体；此时将步骤6）所得混合瓷粉通过送粉器预热350℃～450℃，均匀覆盖整个钢球，直接锤打到钢球表面，使混合瓷粉嵌入到钢球表面和次表面；混合瓷粉的添加量为钢球质量的0.1%～0.3%；

9）高温淬火：待步骤8）处理的钢球自然冷却到780℃～830℃时，将其放进温度为35℃～ 45℃之间的淬火液中进行滚动式淬火；

10）机油回火：将淬火后的钢球放进机油中进行回火，回火温度是150℃～249 ℃，回火时间在2小时～6小时；