本發(fā)明涉及一種復(fù)合研磨球，尤其是通過(guò)常規(guī)鑄造技術(shù)獲得并且對(duì)組合磨損和沖擊應(yīng)力具有改善的耐受性的芯殼復(fù)合研磨球。本公開(kāi)的研磨球包含預(yù)制陶瓷體的增強(qiáng)殼，該增強(qiáng)殼由組合殼(特別是兩個(gè)半殼)組成，具有至少一個(gè)用于鑄造金屬的流入孔洞。所述殼包含聚集的陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒(granule)與間隙的三維互連網(wǎng)絡(luò)，所述復(fù)合顆粒和間隙都在毫米尺寸范圍內(nèi)，其中陶瓷微米粒子(particle)被粘結(jié)在粘合劑金屬基質(zhì)中，毫米級(jí)間隙被鑄造金屬基質(zhì)滲透和填充。

背景技術(shù)：

1、本發(fā)明涉及一種用于研磨行業(yè)的滾筒磨機(jī)中的耐磨復(fù)合研磨球，典型用于水泥廠的熟料研磨或礦山中的礦石研磨。研磨球經(jīng)常受到高沖擊應(yīng)力以及因磨蝕或腐蝕所致的高磨損。因此，希望研磨球應(yīng)表現(xiàn)出高的磨蝕和腐蝕耐磨性以及一定的延展性，以便能夠承受機(jī)械應(yīng)力，例如球?qū)η蚧蛘咔驅(qū)?nèi)襯的沖擊。

2、鑒于難以用同一材料組成匹配這兩種性能，因此提出了金屬陶瓷復(fù)合研磨球。

3、文獻(xiàn)cn106914620a(2017)公開(kāi)了一種陶瓷/金屬?gòu)?fù)合研磨球的制備方法，其采用選擇性激光熔覆結(jié)合以三維數(shù)字建模技術(shù)，預(yù)制體為蜂窩狀結(jié)構(gòu)，在鑄造前置于型腔中。

4、文獻(xiàn)cn103357854(2013)和cn113564511a(2021)公開(kāi)了陶瓷增強(qiáng)的研磨球，增強(qiáng)層包含處在研磨球表面和亞表面上的鑲嵌納米級(jí)陶瓷粒子。鑄造模具在內(nèi)壁上涂覆有納米陶瓷粒子。

5、文獻(xiàn)cn104707972a(2015)公開(kāi)了一種具有芯殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合研磨球，其具有嵌入在鐵合金鑄造金屬基質(zhì)中的陶瓷增強(qiáng)體。該文獻(xiàn)既沒(méi)有公開(kāi)粘結(jié)在粘合劑金屬基質(zhì)中的陶瓷的具體體積％，也沒(méi)有公開(kāi)陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒，也沒(méi)有公開(kāi)周期性交替的陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒與間隙的三維互連網(wǎng)絡(luò)，所述顆粒和間隙都在毫米級(jí)范圍內(nèi)。

6、文獻(xiàn)cn109128098a(2019)公開(kāi)了一種制造陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料的方法，使用al2o3-zro2粉末在模具中轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€(gè)陶瓷芯塊，其中用錳鋼隨后鑄造研磨球。該文獻(xiàn)既沒(méi)有公開(kāi)粘結(jié)在粘合劑金屬基質(zhì)中的任何陶瓷粒子，也沒(méi)有公開(kāi)這種粘結(jié)粒子的周期性交替的陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒的互連網(wǎng)絡(luò)。

7、文獻(xiàn)ep3885061?a1(magotteaux?2021)公開(kāi)了一種層次復(fù)合耐磨零件，其包含周期性交替的毫米級(jí)陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒與毫米級(jí)間隙的三維互連網(wǎng)絡(luò)的增強(qiáng)體，所述毫米級(jí)陶瓷-金屬?gòu)?fù)合顆粒具有低孔隙率。

8、研磨球市場(chǎng)對(duì)價(jià)格敏感，因此必須重視耐磨性能和價(jià)格的最佳水平，并相應(yīng)地調(diào)整制造。以經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)聚集的陶瓷金屬顆粒的陶瓷預(yù)制殼體/空心球，其在鑄造操作期間的堅(jiān)固性及其被鑄造金屬滲透而不受損壞的能力至關(guān)重要。

9、發(fā)明目的

10、本發(fā)明的目的是提供一種通過(guò)常規(guī)鑄造制成的陶瓷增強(qiáng)芯殼研磨球，其包含鑄鐵或鋼的金屬基質(zhì)，并且包括低孔隙率的陶瓷金屬顆粒的增強(qiáng)殼結(jié)構(gòu)，具有粘結(jié)在金屬粘合劑基質(zhì)中的高濃度的微米級(jí)陶瓷粒子。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明公開(kāi)了一種具有芯殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合研磨球，所述芯殼結(jié)構(gòu)的殼包含陶瓷增強(qiáng)體，所述陶瓷增強(qiáng)體包含：

2、周期性交替的陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒與間隙的三維互連網(wǎng)絡(luò)，所述陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒和間隙具有毫米級(jí)范圍內(nèi)的平均尺寸；

3、所述陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒包含至少40體積％，優(yōu)選至少60體積％，最優(yōu)選至少70體積％的陶瓷粒子，所述陶瓷粒子粘結(jié)在粘合劑金屬基質(zhì)中，所述陶瓷粒子具有微米級(jí)范圍內(nèi)的平均尺寸；

4、陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒與間隙的三維互連網(wǎng)絡(luò)嵌入在鐵合金鑄造金屬基質(zhì)中，其中鐵合金鑄造金屬基質(zhì)填充所述三維互連網(wǎng)絡(luò)的互連陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒之間的間隙；

5、嵌入鐵合金鑄造金屬基質(zhì)中的陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒具有以下體積分?jǐn)?shù)的孔隙率：小于5體積％，優(yōu)選小于3體積％，最優(yōu)選小于1體積％，孔隙率測(cè)量是基于iso?13383-2:2012附錄a；

6、所述殼包含如下體積含量的陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒：至少35體積％，優(yōu)選至少45體積％；

7、所述殼的陶瓷增強(qiáng)體覆蓋所述研磨球總表面的至少85％，優(yōu)選90％，最優(yōu)選95％。

8、本發(fā)明還公開(kāi)了如下結(jié)構(gòu)特征中的至少一種或者適當(dāng)組合：

9、-陶瓷粒子選自碳化物、氮化物、碳氮化物和硼化物或它們的混合物；

10、-陶瓷粒子選自碳化鈦、碳氮化鈦、碳化鎢、碳化鈮、碳化釩、碳化鋯、碳化鉭、碳化鉿和碳化鉬；

11、-陶瓷增強(qiáng)殼的厚度范圍為2至15mm，優(yōu)選為2至10mm，最優(yōu)選為3至8mm；

12、-嵌入的陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒具有在0.3和10mm之間的粒子尺寸分布，以及在1和4mm之間、優(yōu)選在1和3mm之間的平均顆粒尺寸d50，其中可以通過(guò)使用計(jì)算機(jī)程序和光學(xué)顯微鏡進(jìn)行顯微照相觀察來(lái)測(cè)量平均粒子尺寸d50，使得在一個(gè)或多個(gè)樣品的一個(gè)或多個(gè)拋光橫截面的視野中存在至少250個(gè)陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒，其中合適的閾值允許在灰度圖像和背景中細(xì)分顆粒；

13、-粘合劑金屬基質(zhì)中的粘結(jié)陶瓷粒子的粒子尺寸為0.1至50μm，優(yōu)選為0.1至30μm，并且平均粒子尺寸d50為0.5至20μm，優(yōu)選為1至10μm；

14、-粘合劑金屬基質(zhì)選自鐵錳基合金、鐵鉻基合金和鎳基合金；

15、-鐵合金鑄造金屬基質(zhì)包含高鉻白口鐵(其包含至少11重量％的鉻)或鋼。

16、本發(fā)明還公開(kāi)了制造本發(fā)明的復(fù)合研磨球的方法，該方法包括以下步驟：

17、a)提供或制造陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒，所述陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒包含至少40體積％的微米級(jí)陶瓷粒子，所述微米級(jí)陶瓷粒子粘結(jié)在粘合劑金屬基質(zhì)中，所述陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒的孔隙率小于5體積％，優(yōu)選小于3體積％，特別小于1體積％；

18、b)制造陶瓷預(yù)制體殼，優(yōu)選為半殼形式，所述陶瓷預(yù)制體殼是周期性交替的步驟a)中獲得的毫米級(jí)陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒與毫米級(jí)間隙的三維互連網(wǎng)絡(luò)；

19、c)將步驟b)中獲得的殼組裝成空心球，所述空心球包含一個(gè)或兩個(gè)流入開(kāi)口并且將所述空心球置于待鑄造的研磨球的模具的型腔中；

20、d)用鐵合金鑄造金屬基質(zhì)，澆注研磨球并且同時(shí)滲透根據(jù)步驟c)定位的殼的三維互連網(wǎng)絡(luò)的毫米級(jí)間隙；

21、e)使復(fù)合研磨球脫模。

22、本發(fā)明還公開(kāi)了下列方法特征中的至少一個(gè)或其相關(guān)組合：

23、-步驟a)的陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒的制造過(guò)程包括：

24、-在溶劑存在下研磨包含陶瓷粒子和粘合劑金屬基質(zhì)的粉末組合物；

25、-將1至10％、優(yōu)選1至6％的蠟混入粉末組合物中；

26、-通過(guò)干燥去除溶劑以獲得團(tuán)聚的粉末；

27、-將團(tuán)聚的粉末壓成帶材、片材或棒材；

28、-將帶材、片材或棒材破碎成毫米級(jí)尺寸范圍的顆粒；

29、-在真空或惰性氣氛爐中在1200-1600℃的溫度下燒結(jié)陶瓷金屬顆粒，直至達(dá)到小于5體積％、優(yōu)選小于3體積％、甚至小于1體積％的孔隙率。

30、-進(jìn)行在溶劑存在下研磨包含陶瓷粒子和粘合劑金屬基質(zhì)的粉末組合物的步驟，直至獲得1至20μm、優(yōu)選1至10μm的平均粒子尺寸d50，根據(jù)iso?13320:2020中給出的準(zhǔn)則采用mie理論通過(guò)激光衍射來(lái)測(cè)量所述粉末的粒子尺寸，其中折射率和吸收率與陶瓷粒子相適應(yīng)，遮光度在10至15％的范圍內(nèi)，且加權(quán)殘差小于1％。

31、-由帶材、片材或棒材破碎的燒結(jié)顆粒的粒子尺寸為0.3至10mm，優(yōu)選為0.4至6mm，平均粒子尺寸d50選自1至6mm，優(yōu)選為1至3mm，根據(jù)iso?13322-2:2006通過(guò)動(dòng)態(tài)圖像分析來(lái)測(cè)量顆粒尺寸，或根據(jù)iso?4497:2020篩分。

32、-步驟b)包括以下步驟：

33、-將根據(jù)前述步驟獲得的陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒與約0.5至7重量％、優(yōu)選1至4重量％的粘結(jié)劑(優(yōu)選有機(jī)粘結(jié)劑)混合；

34、-將混合物澆注到殼模中并壓實(shí)；

35、-以合適的溫度和時(shí)間干燥所述混合物，以便除去膠液(glue)的溶劑或通過(guò)凝固或催化劑實(shí)現(xiàn)固化；

36、-使干燥的混合物脫模并獲得周期性交替的毫米級(jí)陶瓷金屬?gòu)?fù)合顆粒與毫米級(jí)間隙的三維互連網(wǎng)絡(luò)的殼，以組裝成定位在復(fù)合研磨球模具中的空心預(yù)制體。