[发明专利]采用自蔓延高温合成制备金属/陶瓷耐磨复合衬板的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备金属/陶瓷耐磨复合衬板的方法。

背景技术

电力、冶金、矿山、煤炭、化工等行业中需要输送大量的砂、石、煤粉、灰渣等生产材料，并在后期需要对这些生产材料进行处理。在输送、贮存过程中最常遇到的是管道、衬板等运输设备的磨损问题，故运输设备的耐磨、耐蚀等性能在一定程度上影响着运输及生产的安全性、稳定性和生产效率。

通常工业运输设备中采用的衬板有高锰钢衬板、铸铁衬板、铸石衬板等，但由于各自存在不同的缺点，影响着衬板的寿命和耐磨损性。因此，开展衬板新材料、新结构、新制备工艺的研究，对进一步提高运输设备的使用寿命、生产效率和市场竞争力等均有重要的现实意义。相对普通金属材料而言，陶瓷材料具有良好的耐磨损、耐腐蚀等性能。但是，由于陶瓷材料脆性大和加工困难等原因，阻碍了它在输送设备中的直接使用。如果将陶瓷与金属材料制成金属陶瓷复合衬板，则这种金属/陶瓷复合衬板将兼有两种材料的优点，具有良好的综合性能，可以满足生产实际的需要。

目前，获得金属/陶瓷耐磨复合衬板的途径主要有两种：一是利用陶瓷-金属复合制作技术原理，通过粘接、焊接、镶嵌、铆接、套接及拱形结构技术，将各种耐磨陶瓷片、块砖材料复合在工件内外耐磨表面，从而形成一个具有优异耐磨性能的表面，而基体仍采用金属材料，制备出金属/陶瓷复合衬板；二是在金属表面涂覆陶瓷可以实现陶瓷与金属的复合，制备出复合衬板。

利用陶瓷-金属复合制作技术原理制备的复合衬板与传统高合金铸件相比，工作面耐磨性更高，可以使工件的整体耐磨防腐使用寿命提高几倍至几倍以上，但是存在着生产成本高、周期长、效率低等问题。陶瓷涂覆的传统方法有化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、物理化学气相沉积 (PCVD)等、但较高的价格、复杂的制造工艺以及较低的生产率等都成为制约其广泛应用的瓶颈，因此需要开发制备金属/陶瓷复合衬板的新工艺。

20世纪70年代，诞生了自蔓延高温合成技术，自蔓延高温合成法(Self-propagating High-temperature Synthesis, SHS)是一种利用化学反应自身放热使反应自我延续，最终合成所需材料的一种新技术，它具有设备简单，工艺流程短，生产效率高等优点。

如今，自蔓延高温合成技术制备的复合钢管得到了较好的工业应用，但是基于自蔓延高温合成技术，在钢板表面生成陶瓷涂层的研究并不多见。这主要原因在于平面涂层燃烧合成在工艺上实施较为困难，与钢管内形成涂层相比，反应没有约束力，故极为激烈，体系热量损失也较大，加之难以像动态法那样施加外力场，因此涂层的致密化也很困难。此外，由于大多数陶瓷与金属基材的润湿性不好，也给涂层的制备带来相当大的难度。但随着科技生产和工艺的迅速发展，科研工作者在此领域取得了相关进展：马壮等在《腐蚀科学与防护技术》2010年第22卷第1期“纯铜表面SHS反应热喷涂Al₂O₃基复合陶瓷涂层的性能研究”文中采用自蔓延高温合成反应火焰喷涂工艺，将Al-CuO铝热反应体系引入到喷涂材料中，在纯铜表面制备Al₂O₃基复合陶瓷涂层。结果表明，SHS反应热喷涂层与基体的结合好于常规热喷涂，辅以Ni-Al合金打底，复合涂层500度下热震循环40次仍完好无损。焦安源等在《热加工工艺》2010年第39卷第16期“重力分离SHS法制备陶瓷复合钢板的研究”文中利用重力分离SHS技术在带卷边钢板表面直接制备了陶瓷复合涂层，测量了涂层硬度。结果表明，陶瓷复合钢板的涂层表面光滑，其硬度在1100HV以上。

虽然此方面的研究取得了一定的进展，但国内外相关研究还较少，且有关添加剂对耐磨涂层性能影响的机理不甚明确，需要进一步研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单，耐磨性好的采用自蔓延高温合成制备金属/陶瓷耐磨复合衬板的方法。

本发明的技术解决方案是：