[发明专利]一种基于化学法活化处理的ZTA颗粒增强钢铁基复合衬板的制备方法

说明书

本发明一种基于化学法活化处理的ZTA颗粒增强钢铁基复合衬板的制备方法，包括：1)ZTA颗粒进行高温盐浴镀，在ZTA颗粒表面得到均匀钛镀层；2)在钛镀层外周形成镍层；3)将镀覆后的ZTA颗粒烧结，ZTA颗粒相互连接成孔隙状预制体；4)将预制体固定在铸型的端面或工作面，采用铸渗工艺浇注钢铁基体材料金属液，冷却后得ZTA颗粒增强钢铁基复合衬板。本发明中的盐浴镀钛时钛与ZTA陶瓷颗粒表面形成冶金结合，增强了钛层和ZTA陶瓷颗粒之间的界面结合性。盐浴镀钛后的ZTA陶瓷颗粒再进行化学镀镍，钛镍结合处可以生成钛镍合金，钛镍合金层在金属基体与ZTA颗粒之间起到了一个柔性过渡层的作用，大大提高界面的结合强度。

技术领域

本发明属于耐磨材料制备领域，具体涉及一种ZTA颗粒增强钢铁基复合衬板的制备方法。

背景技术

球磨机筒体衬板用来保护筒体，使筒体免受研磨体和物料直接冲击和摩擦，同时还对研磨体的运动规律有影响，可以利用不同形式的衬板来调整研磨体的运动状态，以增强研磨体对物料的粉碎作用，有助于提高球磨机的粉磨效率，增加产量，降低金属消耗。ZTA颗粒增强钢铁基复合衬板是将耐磨材料通过铸造的方式进行冶金熔炼，铸造出具有抗冲击高耐磨性能的新型材料。

陶瓷颗粒增强金属基复合材料既具备基体金属良好的塑性和冲击韧性、易成型等优点，同时又具备陶瓷颗粒的高强度、高硬度和高耐磨性。当复合材料受到外界的磨损，初始时复合层中基体相和增强相同时起作用，随着磨损时间的延长，基体相逐渐磨掉，增强相则单独凸出进一步保护基体，提高了材料的整体抗磨损性能。

制备陶瓷颗粒增强金属基复合材料的增强颗粒选择ZTA陶瓷颗粒，ZTA陶瓷颗粒具有其他颗粒无法比拟的许多优势：首先，ZTA相对于其他的增强颗粒价格适中，性价比高；其次，ZTA陶瓷的热膨胀系数更接近于钢铁材料的热膨胀系数，ZTA陶瓷颗粒作为增强相可以与铁基制得具有良好热匹配性的复合材料。另外，ZTA复相陶瓷可以通过控制Al₂O₃和ZrO₂的成分比，改变其力学性能和热力学性能参数，从而可以和不同的基体相制备复合材料，大大扩展了ZTA复相陶瓷的应用范围。

但是，ZTA颗粒与铁基之间结合性较差，通过铸渗法制备的复合材料中ZTA陶瓷颗粒和铁基的结合为机械结合，使得ZTA陶瓷颗粒无法起到增强的作用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于化学法活化处理的ZTA颗粒增强钢铁基复合衬板的制备方法，以克服以上技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于化学法活化处理的ZTA颗粒增强钢铁基复合衬板的制备方法，包括以下步骤：

1)首先，将活性元素钛与无机盐混合，加入ZTA颗粒搅拌均匀进行高温盐浴镀，高温盐浴温度为710-800℃，保温15-75min，在ZTA颗粒表面得到均匀钛镀层；

2)其次，将已镀钛的ZTA颗粒置入化学镀镍液中，使用磁力搅拌器搅拌并加热保温2-8小时，在钛镀层外周形成镍层；

3)将镀覆后的ZTA颗粒烧结，自室温以10-15℃/min的升温速度升温至1200℃，然后以5-8℃/min的升温速度升温至1400℃烧结，随炉冷却，ZTA颗粒相互连接成孔隙状预制体；

4)将预制体固定在铸型的端面或工作面，采用铸渗工艺浇注钢铁基体材料金属液，冷却后得ZTA颗粒增强钢铁基复合衬板。

进一步的，骤1)中活性元素钛为分析纯的钛粉，钛粉占无机盐的质量比为10％-15％。

进一步的，盐浴镀时ZTA颗粒占钛、无机盐和ZTA颗粒总质量的质量分数为60％-80％。

进一步的，镀镍加热温度为70-90℃。

进一步的，金属液为高锰钢、铬系合金铸铁或镍硬铸铁。