專利名稱：納米氧化鋯陶瓷強化耐磨鋼球及其制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用在大型磨球機上的磨介鋼球，具體為一種納米氧化鋯陶瓷強化耐磨鋼球，并涉及此種耐磨鋼球的制造方法。
背景技術(shù)：
球磨機是工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的高細(xì)磨機械之一。球磨機鋼球是球磨機設(shè)備研磨物料介質(zhì)，通過球磨機鋼球之間、鋼球與物料之間的碰撞摩擦產(chǎn)生磨剝作用，是重要的基礎(chǔ)零部件，尤其是精密工業(yè)鋼球在國民經(jīng)濟發(fā)展中起著巨大作用，其廣泛用于水泥廠和發(fā)電廠等工藝過程中。在一些特殊條件下，常常需要特殊材質(zhì)的鋼球，來完成不同環(huán)境下所要求達(dá)到的功能?，F(xiàn)有技術(shù)中，球磨機的磨介鋼球主要包括高鉻鋼球、低鉻鋼球、多元合金鋼球和釩鈦鉻合金鋼球等，但是對于硬度、耐磨性、耐腐蝕、耐高溫要求較高的磨介鋼球還不能完全滿足用戶的需要，如礦山、電廠等。據(jù)資料和實踐表明，在磨介鋼球疲勞損耗中，鋼球其工作表面和次表面層的損傷(如微小點蝕、腐蝕、表面疲勞損傷和塑性變形等)占60%的比例， 由此可見，要改善和提高磨介鋼球的工作性能是本領(lǐng)域技術(shù)人員有待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決現(xiàn)有球磨機磨介鋼球工作性能(耐磨、耐腐蝕、耐高溫和硬度)存在的不足，提供一種高耐磨、耐腐蝕、耐高溫、高硬度的納米氧化鋯陶瓷強化耐磨鋼球。本發(fā)明的另一目的是提供所述納米氧化鋯陶瓷強化耐磨鋼球的制造工藝。解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種納米氧化鋯陶瓷強化耐磨鋼球，其特征在于，在鋼球本體的表面和次表面均勻鑲嵌納米氧化鋯陶瓷粉。進(jìn)一步，所述納米氧化鋯陶瓷粉均勻嵌入在鋼球表面和次表面，納米氧化鋯陶瓷粉加量為鋼球質(zhì)量的O. 1% O. 3%。所述納米氧化鋯陶瓷粉中包含5% 30%的添加劑。所述納米氧化鋯陶瓷強化耐磨鋼球的制造方法，包括如下順序的步驟
O納米氧化鋯陶瓷的配料將粒度為40 IOOnm粒徑的氧化釔部分穩(wěn)定納米氧化鋯粉體與粘接劑按95 98 5 2的質(zhì)量比配混合，加入I I. 5倍混合料重量的凈水，調(diào)配成料漿球磨16 24 h ;
2)霧化干燥將步驟I)所得到的料漿加入質(zhì)量比為O.5% 1%的分散劑，在噴霧干燥塔內(nèi)霧化干燥，干燥塔溫度控制在110 300°C范圍內(nèi)，制成造粒粉末；
3)篩分將步驟2)所得到的粉末過篩，取粒度范圍為180 320目篩之間粉末，即40 90 μ m粉末；其余粉末回收再次球磨；
4)干壓致密將步驟3)所得到的粒度為40 90μ m的粉末加在12 16 Mpa壓力下，在干粉壓機上成型出50mm IOOmmX 150mm 200mmX 4 IOmm的矩形塊,使其素還密度> 2. 5 g/cm3 ；5)燒結(jié)致密化將步驟4)所得的矩形塊放入升降式電阻窯爐中，燒結(jié)至1500°C 1600°C， 燒結(jié)成瓷，保溫3 5小時后，使其密度> 6. O g/cm3，讓其自然降溫冷卻；
6)粉碎打磨制粉將步驟5)冷卻后的致密化陶瓷放入破碎機、砂輪機打磨制成陶瓷粉；將陶瓷粉粉末過篩，取200 400目篩之間致密粉末，加入5% 30%質(zhì)量的添加劑混合均勻， 備用;
7)鋼材選擇將含有釩(V)0.06~0.10，鈦(T i ) O . O 4 ~ O . I O，鉻(C r ) O. I O O. I 5，碳(C):0.5 5 — 0.9 O KS i ) O . 2 8 — 0.9 O ,Μ(Μ η)
0.80 - 1.7 0，磷(P) : 0-0.0 3，硫(S) : 0 - 0.0 3 5，其余為鐵(F e )的鋼材切割成所需尺寸的矩形塊材；
8)模鍛成球?qū)⒉襟E7)的矩形塊材放入加熱爐中加熱到1100°C 1150°C，然后將其放到鍛打設(shè)備上進(jìn)行模鍛成球形體；此時將步驟6)所得混合瓷粉通過送粉器預(yù)熱350°C 450°C， 均勻覆蓋整個鋼球，直接錘打到鋼球表面，使混合瓷粉嵌入到鋼球表面和次表面；混合瓷粉的添加量為鋼球質(zhì)量的O. 1% O. 3% ；
9)高溫 淬火待步驟8)處理的鋼球自然冷卻到780°C 830°C時，將其放進(jìn)溫度為35°C 45°C之間的淬火液中進(jìn)行滾動式淬火；
10)機油回火將淬火后的鋼球放進(jìn)機油中進(jìn)行回火,回火溫度是150°C 249°C，回火時間在2小時 6小時；
11)檢測成品回火后的鋼球即為成品。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果
1、本發(fā)明采用部分氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉(YSZ)固體陶瓷電解質(zhì)，將晶粒度控制IOOnm以內(nèi)，在模鍛制鋼球時表面添加納米氧化鋯陶瓷復(fù)合瓷粉，高溫成瓷后，具有高強度、高韌性、 耐磨性好、耐高溫、耐腐蝕、剛度高、不導(dǎo)磁、電絕緣等特點；其密度為6. 00g/cm3，莫氏硬度可高達(dá)9，抗壓強度1170 Mpa，熱膨脹率接近金屬熱膨脹率，并可靠地與鋼球接合，顯著地提高了鋼球的強度和耐磨性能。2、本發(fā)明用氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉干壓成型、高溫?zé)Y(jié)成瓷后破碎打磨成2 5um 的陶瓷粉或復(fù)合瓷粉，在鋼球模鍛成球時，加入其表面和次表面，最終獲得一種高耐磨、耐腐蝕、耐高溫、高硬度的磨介鋼球。3、本發(fā)明采用表面強化法具有投資少、見效快等優(yōu)點。采用本方法研磨效率高，減少物料研磨時間和循環(huán)次數(shù)，在相同研磨條件下具有較大的撞擊能量，從而大大提高研磨效率.耐沖擊，超低磨耗，提高了生產(chǎn)效率，極大降低諸如介質(zhì)損耗、電耗、人工、設(shè)備等所帶來的綜合成本。4、對研磨物料幾乎沒有污染，保證了研磨物料的純度.綜合成本低同時，在完全適應(yīng)于球磨機的情況下，明顯地降低了制造成本。


圖I是本發(fā)明納米氧化鋯陶瓷強化耐磨鋼球的制造方法工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，并不是對本發(fā)明的限定。一種納米氧化鋯陶瓷強化耐磨鋼球，在鋼球本體的表面和次表面均勻鑲嵌納米氧化鋯陶瓷粉。所述納米氧化鋯陶瓷粉均勻嵌入在鋼球表面和次表面，納米氧化鋯陶瓷粉加量為鋼球質(zhì)量的O. 1% O. 3%。所述納米氧化鋯陶瓷粉中包含15% 20%的添加劑。上述納米氧化鋯陶瓷強化耐磨鋼球的制造方法，包括如下順序的步驟
O納米氧化鋯陶瓷的配料將粒度為40 IOOnm粒徑的氧化釔部分穩(wěn)定納米氧化鋯粉體與粘接劑按95 98 5 2的質(zhì)量比配混合，加入I I. 5倍混合料重量的凈水，調(diào)配成料漿球磨16 24 h ;
2)霧化干燥將步驟I)所得到的料漿加入質(zhì)量比為O.5% 1%的分散劑，在噴霧干燥塔內(nèi)霧化干燥，干燥塔溫度控制在110 300°C范圍內(nèi)，制成造粒粉末；
3)篩分將步驟2)所得到的粉末過篩，取粒度范圍為180 320目篩之間粉末，即40 90 μ m粉末；其余粉末回收再次球磨；
4)干壓致密將步驟3)所得到的粒度為40 90μ m的粉末加在12 16 Mpa壓力下，在干粉壓機上成型出50mm IOOmmX 150mm 200mmX 4 IOmm的矩形塊,使其素還密度> 2. 5 g/cm3 ；
5)燒結(jié)致密化將步驟4)所得的矩形塊放入升降式電阻窯爐中，燒結(jié)至1500°C 1600°C， 燒結(jié)成瓷，保溫3 5小時后，使其密度> 6. O g/cm3，讓其自然降溫冷卻；
6)粉碎打磨制粉將步驟5)冷卻后的致密化陶瓷放入破碎機、砂輪機打磨制成陶瓷粉；將陶瓷粉粉末過篩，取200 400目篩之間致密粉末，加入15% 20%質(zhì)量的添加劑混合均勻， 備用;
7)鋼材選擇將含有釩(V) O . O 6-0.1 O，鈦(T i ) O . O 4 ~ O . I O，鉻(C r ) 0.1 0 — 0.1 5，碳(C):0.55 O. 9 O KS i ) O . 2 8 ~ O . 9 0，錳(Mn): 0.8 0 - 1.7 0，磷(P) : 0-0.0 3，硫(S) : 0 - 0.0 3 5，其余為鐵(F e )的鋼材切割成所需尺寸的矩形塊材；
8)模鍛成球?qū)⒉襟E7)的矩形塊材放入加熱爐中加熱到1100°C 1150°C，然后將其放到鍛打設(shè)備上進(jìn)行模鍛成球形體；此時將步驟6)所得混合瓷粉通過送粉器預(yù)熱350°C 450°C， 均勻覆蓋整個鋼球，直接錘打到鋼球表面，使混合瓷粉嵌入到鋼球表面和次表面；混合瓷粉的添加量為鋼球質(zhì)量的O. 1% O. 3% ；
9)高溫淬火待步驟8)處理的鋼球自然冷卻到780°C 830°C時，將其放進(jìn)溫度為35°C 45°C之間的淬火液中進(jìn)行滾動式淬火；
10)機油回火將淬火后的鋼球放進(jìn)機油中進(jìn)行回火,回火溫度是150°C 249°C，回火時間在2小時 6小時；
11)檢測成品回火后的鋼球即為成品。具體實施例及對比實施例的參見下表，本發(fā)明并不限于以下實施例，在此不累述。本發(fā)明中涉及的％均為重量百分比。
權(quán)利要求
1.一種納米氧化鋯陶瓷強化耐磨鋼球，其特征在于，在鋼球本體的表面和次表面均勻鑲嵌納米氧化鋯陶瓷粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述納米氧化鋯陶瓷強化耐磨鋼球，其特征在于，所述納米氧化鋯陶瓷粉均勻嵌入在鋼球表面和次表面，納米氧化鋯陶瓷粉加量為鋼球質(zhì)量的O. 1% O. 3%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述納米氧化鋯陶瓷強化耐磨鋼球，其特征在于，所述納米氧化鋯陶瓷粉中包含5% 30%的添加劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述納米氧化鋯陶瓷強化耐磨鋼球的制造方法，其特征在于， 包括如下順序的步驟I)納米氧化錯陶瓷的配料將粒度為40 IOOnm粒徑的氧化乾部分穩(wěn)定納米氧化鋯粉體與粘接劑按95 98 5 2的質(zhì)量比配混合，加入I I. 5倍混合料重量的凈水， 調(diào)配成料衆(zhòng)球磨16 24 h ；2)霧化干燥將步驟I)所得到的料漿加入質(zhì)量比為O.5% 1%的分散劑，在噴霧干燥塔內(nèi)霧化干燥，干燥塔溫度控制在110 300°C范圍內(nèi)，制成造粒粉末；3)篩分將步驟2)所得到的粉末過篩，取粒度范圍為180 320目篩之間粉末，即40 90 μ m粉末；其余粉末回收再次球磨；4)干壓致密將步驟3)所得到的粒度為40 90μ m的粉末加在12 16 Mpa壓力下， 在干粉壓機上成型出50mm 100_X 150mm 200_X4 IOmm的矩形塊,使其素還密度 ^ 2. 5 g/cm3 ；5)燒結(jié)致密化將步驟4)所得的矩形塊放入升降式電阻窯爐中，燒結(jié)至1500°C 1600°C，燒結(jié)成瓷，保溫3 5小時后，使其密度彡6. O g/cm3，讓其自然降溫冷卻；6)粉碎打磨制粉將步驟5)冷卻后的致密化陶瓷放入破碎機、砂輪機打磨制成陶瓷粉；將陶瓷粉粉末過篩，取200 400目篩之間致密粉末，加入5% 30%質(zhì)量的添加劑混合均勻，備用；7)鋼材選擇將含有釩(V)0.06~0.10，鈦(T i ) O . O 4 ~ O . I O，鉻(C r ) O . I O O. I 5，碳(C):0.5 5 — 0.9 O KS i ) O . 2 8 — 0.9 O KM η) : O . 8 O I . 7 O，磷(P) : 0-0.0 3，硫(S) : 0 — 0.0 3 5，其余為鐵(F e )的鋼材切割成所需尺寸的矩形塊材；8)模鍛成球?qū)⒉襟E7)的矩形塊材放入加熱爐中加熱到1100°C 1150°C，然后將其放到鍛打設(shè)備上進(jìn)行模鍛成球形體；此時將步驟6)所得混合瓷粉通過送粉器預(yù)熱350°C 4500C，均勻覆蓋整個鋼球，直接錘打到鋼球表面，使混合瓷粉嵌入到鋼球表面和次表面；混合瓷粉的添加量為鋼球質(zhì)量的O. 1% O. 3% ；9)高溫淬火待步驟8)處理的鋼球自然冷卻到780V 830°C時，將其放進(jìn)溫度為 35°C 45°C之間的淬火液中進(jìn)行滾動式淬火；10)機油回火將淬火后的鋼球放進(jìn)機油中進(jìn)行回火,回火溫度是150°C 249°C，回火時間在2小時 6小時；11)檢測成品回火后的鋼球即為成品。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述納米氧化鋯陶瓷強化耐磨鋼球的制造方法，其特征在于，所述氧化釔部分穩(wěn)定納米氧化鋯粉體中ZrO2與Y2O3的質(zhì)量比為94 92 : 6 8。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述納米氧化鋯陶瓷強化耐磨鋼球的制造方法，其特征在于，所述粘接劑為聚乙烯醇、羧甲基纖維素、聚苯乙烯中的一種或兩種以上的任意混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述納米氧化鋯陶瓷強化耐磨鋼球的制造方法，其特征在于，所述分散劑為CE64、異丁醇、磷酸三丁脂、丙三醇中的一種或兩種以上的任意混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述納米氧化鋯陶瓷強化耐磨鋼球的制造方法，其特征在于，所述添加劑為鐵粉、鋁粉、金剛石粉、剛玉粉、碳粉中的一種或兩種以上的任意混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述納米氧化鋯陶瓷強化耐磨鋼球的制造方法，其特征在于，步驟6)中，加入添加劑的量為20%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種納米氧化鋯陶瓷強化耐磨鋼球其制造工藝，在鋼球本體的其表面和次表面均勻鑲嵌納米氧化鋯陶瓷。其制造工藝包括納米氧化鋯陶瓷的配料，霧化干燥篩分，干壓致密，燒結(jié)致密化，粉碎打磨制粉，鋼材選擇，模鍛成球，高溫淬火，機油回火等。本發(fā)明采用納米級部分氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉，將晶粒度控制100nm以內(nèi)，在模鍛制鋼球時表面添加氧化鋯陶瓷粉，強化鋼球表面，讓其具有高強度、高韌性、耐磨性好、耐高溫、耐腐蝕、剛度高、不導(dǎo)磁、電絕緣等特點；其密度為6.00g/cm3，莫氏硬度可高達(dá)9,抗壓強度1170MPa，熱膨脹率接近金屬熱膨脹率，并可靠地與鋼球接合，顯著地提高了鋼球的強度和耐磨性能。采用本發(fā)明表面強化法具有投資少、見效快等優(yōu)點。
文檔編號B02C17/20GK102600939SQ201210049618
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者羅平, 鄭宇松, 陳雪剛 申請人:重慶利特高新技術(shù)有限公司