CN110194663A - 一种耐磨陶瓷涂料层的制备方法 - Google Patents

一种耐磨陶瓷涂料层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐磨陶瓷涂料层的制备方法，属于陶瓷材料技术领域。本发明采用了离子化合物和共价键化合物，其离子键结合牢固，强度和刚度很大，这是因为共价键为强结合键，其空间有很强的方向性，构成空间网络结构，形成强结合，可以有效抵御住物料的剪切应力及冲击力，由于结合***采取复合强化措施和特殊处理使其形成化学结合，致使其强度更高；氮化铝室温强度高，且强度随温度的升高下降较慢，导热性好，热膨胀系数小，具有良好的耐热冲击性质，抗熔融金属侵蚀的能力强；本发明中钢粉作为增强剂加入，增加界面面积，从而增加能量的消耗，提高涂料的强度和韧性，增加耐磨陶瓷涂料的使用寿命。

Description

一种耐磨陶瓷涂料层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐磨陶瓷涂料层的制备方法，属于陶瓷材料技术领域。
背景技术
耐磨陶瓷涂料是技术人员针对水泥生产线上长期受到物料或高浓度含尘气体冲刷的设备及管道而创新研发出的一种新型耐磨材料。在一些进口立磨的选粉机出口和磨机出口有指明使用的耐磨材料，但都需要进口，这就提高了水泥的生产成本及生产效率，现在国内自主研发的耐磨陶瓷涂料完全可以替代这种进口耐磨材料。
耐磨陶瓷涂料是一种非金属胶凝材料，是一种采用耐酸和耐碱的人工合成原料经过严格的工艺配比和先进的无机聚合技术制成的粉状陶瓷材料。耐磨陶瓷涂料的施工方法是，在施工的现场将特制液体无机胶水加入这种材料，采用人工或机械方式涂抹在设备内衬或表面，经过一系列的化学反应，在常温下3天后达到陶瓷的结合强度和硬度，故名耐磨陶瓷涂料。由于这种材料的施工在现场进行，所以一般材料是将各种组分混合好后运输到施工处，在进行胶凝剂的添加及涂抹环节。
耐磨陶瓷涂料的特点是具有极高的机械强度和刚度、优良的韧性和抗热震性、整体性好、环境相容性好、环保性好。耐磨陶瓷涂料具有较好的耐磨性能，尤其在水泥、火电行业的施工条件下，耐磨陶瓷涂料无疑是覆盖在耐磨抗冲刷部件的最好选择。
耐磨陶瓷涂料的应用领域有：航空航天工业、电子电力工业、汽车工业、切削刀具、生物医学和机械和冶金工业。耐磨陶瓷涂料将广泛应用在耐高温耐磨损环节，耐磨陶瓷在工业中的应用是最普遍的，不仅能提高耐磨零部件的使用性能，更能增加其使用寿命，具有十分宝贵的经济效益。
影响耐磨陶瓷涂料性能的因素是多方面的。耐磨陶瓷涂料主要由骨料和辅料组成，辅料中又由结合剂、减水剂、活性微粉等，不同物料的粒度级不同，物料的添加量不同，以至最后施工条件及施工方式，都有可能引起耐磨陶瓷涂料性能的改变。
现在普遍使用的耐磨陶瓷涂料的施工方法是金属网增强和纤维增强。这是为了提高材料的结构强度，从而提高材料的耐磨性。这两种方法都可以达到提高耐磨陶瓷涂料使用寿命，增强材料抵抗矿渣的冲击的作用。相比之下，纤维增强效果明显，操作更简单，并且成本低廉。现在通常将两种方法结合起来使用，进一步提高材料的韧性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有陶瓷涂料层存在耐磨性差的问题，提供了一种耐磨陶瓷涂料层的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）取莫来石、碳化硅、氮化铝、增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂、去离子水，将莫来石、碳化硅、氮化铝混合，进行球磨处理，即得混合粉体，在混合粉体中加入增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂和去离子水，进行球磨处理，即得前驱体；
（2）将前驱体均匀涂覆在金属表面上，置于烘箱中进行干燥处理，即得坯体，将坯体置于马弗炉中进行热处理，随炉温冷却，即得耐磨陶瓷涂料层。
步骤（1）所述的增强剂的制备步骤为：取钢粉和废弃陶瓷粉末混合，在搅拌速度为400～600r/min下球磨20～30min，即得增强剂。
步骤（1）所述的莫来石、碳化硅、氮化铝、增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂、去离子水之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取20～30份莫来石、1～10份碳化硅、1～5份氮化铝、1～3份增强剂、10～15份铝酸盐水泥、0.3～0.6份沥青、0.1～0.3份石灰石粉、1～3份聚羧酸减水剂、50～80份去离子水。
步骤（1）所述的将莫来石、碳化硅、氮化铝混合，进行球磨处理步骤为：将莫来石、碳化硅、氮化铝混合，在搅拌速度为300～500r/min，球料比为15∶1，选用钢球，球磨40～60min。
步骤（1）所述的在混合粉体中加入增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂和去离子水，进行球磨处理步骤为：在混合粉体中加入增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂和去离子水，在搅拌速度为100～200r/min下继续球磨1～2h。
步骤（2）所述的将前驱体均匀涂覆在金属表面上，置于烘箱中进行干燥处理步骤为：将前驱体均匀涂覆在金属表面上，在温度为100～110℃的烘箱中干燥1～2天。
步骤（2）所述的将坯体置于马弗炉中进行热处理的步骤为：将坯体置于马弗炉中进行热处理，以5℃/min的升温速率升温至300～400℃，保温30～40min，以3℃/min的升温速率继续升温至650～720℃，保温60～70min，以1℃/min的升温速率最后升温至750～800℃，保温120～160min。
所述的钢粉过170～200目筛，废弃陶瓷粉末过140～170目筛。
所述的钢粉和废弃陶瓷粉末的质量比为3∶1。
所述的球料质量比为15∶1，钢球的直径为8～10mm。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明采用了离子化合物和共价键化合物，其离子键结合牢固，强度和刚度很大，这是因为共价键为强结合键，其空间有很强的方向性，构成空间网络结构，形成强结合，可以有效抵御住物料的剪切应力及冲击力，由于结合***采取复合强化措施和特殊处理使其形成化学结合，致使其强度更高；氮化铝室温强度高，且强度随温度的升高下降较慢，导热性好，热膨胀系数小，具有良好的耐热冲击性质，抗熔融金属侵蚀的能力强；碳化硅是一种高温强度高、耐磨性好，硬度高且化学稳定性好的无机非金属材料，碳化硅的加入可大大提高试样的抗折强度及耐磨性，当颗粒之间基质较少时，颗粒与颗粒之间缝隙较小，因此结构紧密，机械强度较高，耐磨性也较好；
（2）本发明中结合剂采用铝酸盐水泥，水泥在其中主要作用是使分散体系凝聚，也可以使耐磨陶瓷涂料在运输和搅拌期间具有高流动性；添加石灰石粉不仅能够让水泥的强度在早期得到稳定，还能抑制其在使用后期强度减小的现象，很好的改善了涂料的强度，沥青的加入主要能提升涂料的防水性能；聚羧酸减水剂的加入可以维持拌合物的水灰比不变，在这样的条件下来改善它的工作性能；掺入聚羧酸减水剂能够在保持和易性不变时使混凝土单位用水量得到降低，并且可以让混凝土的强度得到增加使用减水剂能够维持混凝土强度不变时让单位水泥的用量得到减少；聚羧酸减水剂与水泥的相容性好，混凝土的坍落度保持性能好，延长混凝土的施工时间；掺量低，减水率高，收缩小；大幅度提高混凝土的早期、后期强度；氯离子含量低、碱含量低，有利于混凝土的耐久性；
（3）本发明中钢粉作为增强剂加入，材料抵抗应力诱发的裂纹扩张会得到明显的抑制，裂纹在盈利的作用下发生扩展遇到颗粒时，由于颗粒极高的强度和较小的膨胀系数，裂纹需要有更大的能量穿透颗粒或发生裂纹偏转，增加界面面积，从而增加能量的消耗，提高涂料的强度和韧性，因此，当加入微细高强颗粒后，材料的弹性模量和剪切模量都有所增加，材料的强度和耐磨性得到显著的提高，可以增加耐磨陶瓷涂料的使用寿命。
具体实施方式
取170～200目钢粉和140～170目废弃陶瓷粉末按质量比3∶1混合均匀，即得增强剂；按重量份数计，分别称取20～30份莫来石、1～10份碳化硅、1～5份氮化铝、1～3份增强剂、10～15份铝酸盐水泥、0.3～0.6份沥青、0.1～0.3份石灰石粉、1～3份聚羧酸减水剂、50～80份去离子水，将莫来石、碳化硅、氮化铝混合，在搅拌速度为300～500r/min，球料质量比为15∶1，选用直径为8～10mm的钢球，球磨40～60min，即得混合粉体，在混合粉体中加入增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂和去离子水，在搅拌速度为100～200r/min下继续球磨1～2h，即得前驱体；将前驱体均匀涂覆在金属表面上，在温度为100～110℃的烘箱中干燥1～2天，即得坯体，将坯体置于马弗炉中进行热处理，以5℃/min的升温速率升温至300～400℃，保温30～40min，以3℃/min的升温速率继续升温至650～720℃，保温60～70min，以1℃/min的升温速率最后升温至750～800℃，保温120～160min，随炉温冷却，即得耐磨陶瓷涂料层。
实例1
取莫来石、碳化硅、氮化铝、增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂、去离子水，将莫来石、碳化硅、氮化铝混合，进行球磨处理，即得混合粉体，在混合粉体中加入增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂和去离子水，进行球磨处理，即得前驱体；将前驱体均匀涂覆在金属表面上，置于烘箱中进行干燥处理，即得坯体，将坯体置于马弗炉中进行热处理，随炉温冷却，即得耐磨陶瓷涂料层。增强剂的制备步骤为：取钢粉和废弃陶瓷粉末混合，在搅拌速度为400r/min下球磨20min，即得增强剂。莫来石、碳化硅、氮化铝、增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂、去离子水之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取20份莫来石、1份碳化硅、1份氮化铝、1份增强剂、10份铝酸盐水泥、0.3份沥青、0.1份石灰石粉、1份聚羧酸减水剂、50份去离子水。将莫来石、碳化硅、氮化铝混合，进行球磨处理步骤为：将莫来石、碳化硅、氮化铝混合，在搅拌速度为300r/min，球料比为15∶1，选用钢球，球磨40min。在混合粉体中加入增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂和去离子水，进行球磨处理步骤为：在混合粉体中加入增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂和去离子水，在搅拌速度为100r/min下继续球磨1h。将前驱体均匀涂覆在金属表面上，置于烘箱中进行干燥处理步骤为：将前驱体均匀涂覆在金属表面上，在温度为100℃的烘箱中干燥1天。将坯体置于马弗炉中进行热处理的步骤为：将坯体置于马弗炉中进行热处理，以5℃/min的升温速率升温至300℃，保温30min，以3℃/min的升温速率继续升温至650℃，保温60min，以1℃/min的升温速率最后升温至750℃，保温120min。钢粉过170目筛，废弃陶瓷粉末过140目筛。钢粉和废弃陶瓷粉末的质量比为3∶1。球料质量比为15∶1，钢球的直径为8mm。
实例2
取莫来石、碳化硅、氮化铝、增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂、去离子水，将莫来石、碳化硅、氮化铝混合，进行球磨处理，即得混合粉体，在混合粉体中加入增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂和去离子水，进行球磨处理，即得前驱体；将前驱体均匀涂覆在金属表面上，置于烘箱中进行干燥处理，即得坯体，将坯体置于马弗炉中进行热处理，随炉温冷却，即得耐磨陶瓷涂料层。增强剂的制备步骤为：取钢粉和废弃陶瓷粉末混合，在搅拌速度为470r/min下球磨23min，即得增强剂。莫来石、碳化硅、氮化铝、增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂、去离子水之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取23份莫来石、3份碳化硅、2份氮化铝、2份增强剂、11份铝酸盐水泥、0.4份沥青、0.2份石灰石粉、2份聚羧酸减水剂、60份去离子水。将莫来石、碳化硅、氮化铝混合，进行球磨处理步骤为：将莫来石、碳化硅、氮化铝混合，在搅拌速度为370r/min，球料比为15∶1，选用钢球，球磨47min。在混合粉体中加入增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂和去离子水，进行球磨处理步骤为：在混合粉体中加入增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂和去离子水，在搅拌速度为130r/min下继续球磨1h。将前驱体均匀涂覆在金属表面上，置于烘箱中进行干燥处理步骤为：将前驱体均匀涂覆在金属表面上，在温度为103℃的烘箱中干燥1天。将坯体置于马弗炉中进行热处理的步骤为：将坯体置于马弗炉中进行热处理，以5℃/min的升温速率升温至330℃，保温33min，以3℃/min的升温速率继续升温至665℃，保温63min，以1℃/min的升温速率最后升温至760℃，保温130min。钢粉过180目筛，废弃陶瓷粉末过150目筛。钢粉和废弃陶瓷粉末的质量比为3∶1。球料质量比为15∶1，钢球的直径为9mm。
实例3
取莫来石、碳化硅、氮化铝、增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂、去离子水，将莫来石、碳化硅、氮化铝混合，进行球磨处理，即得混合粉体，在混合粉体中加入增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂和去离子水，进行球磨处理，即得前驱体；将前驱体均匀涂覆在金属表面上，置于烘箱中进行干燥处理，即得坯体，将坯体置于马弗炉中进行热处理，随炉温冷却，即得耐磨陶瓷涂料层。增强剂的制备步骤为：取钢粉和废弃陶瓷粉末混合，在搅拌速度为580r/min下球磨26min，即得增强剂。莫来石、碳化硅、氮化铝、增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂、去离子水之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取26份莫来石、6份碳化硅、3份氮化铝、2份增强剂、12份铝酸盐水泥、0.5份沥青、0.2份石灰石粉、2份聚羧酸减水剂、70份去离子水。将莫来石、碳化硅、氮化铝混合，进行球磨处理步骤为：将莫来石、碳化硅、氮化铝混合，在搅拌速度为450r/min，球料比为15∶1，选用钢球，球磨55min。在混合粉体中加入增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂和去离子水，进行球磨处理步骤为：在混合粉体中加入增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂和去离子水，在搅拌速度为160r/min下继续球磨1h。将前驱体均匀涂覆在金属表面上，置于烘箱中进行干燥处理步骤为：将前驱体均匀涂覆在金属表面上，在温度为106℃的烘箱中干燥1天。将坯体置于马弗炉中进行热处理的步骤为：将坯体置于马弗炉中进行热处理，以5℃/min的升温速率升温至360℃，保温36min，以3℃/min的升温速率继续升温至700℃，保温66min，以1℃/min的升温速率最后升温至770℃，保温150min。钢粉过190目筛，废弃陶瓷粉末过160目筛。钢粉和废弃陶瓷粉末的质量比为3∶1。球料质量比为15∶1，钢球的直径为9mm。
实例4
取莫来石、碳化硅、氮化铝、增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂、去离子水，将莫来石、碳化硅、氮化铝混合，进行球磨处理，即得混合粉体，在混合粉体中加入增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂和去离子水，进行球磨处理，即得前驱体；将前驱体均匀涂覆在金属表面上，置于烘箱中进行干燥处理，即得坯体，将坯体置于马弗炉中进行热处理，随炉温冷却，即得耐磨陶瓷涂料层。增强剂的制备步骤为：取钢粉和废弃陶瓷粉末混合，在搅拌速度为600r/min下球磨30min，即得增强剂。莫来石、碳化硅、氮化铝、增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂、去离子水之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取30份莫来石、10份碳化硅、5份氮化铝、3份增强剂、15份铝酸盐水泥、0.6份沥青、0.3份石灰石粉、3份聚羧酸减水剂、80份去离子水。将莫来石、碳化硅、氮化铝混合，进行球磨处理步骤为：将莫来石、碳化硅、氮化铝混合，在搅拌速度为500r/min，球料比为15∶1，选用钢球，球磨60min。在混合粉体中加入增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂和去离子水，进行球磨处理步骤为：在混合粉体中加入增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂和去离子水，在搅拌速度为200r/min下继续球磨2h。将前驱体均匀涂覆在金属表面上，置于烘箱中进行干燥处理步骤为：将前驱体均匀涂覆在金属表面上，在温度为110℃的烘箱中干燥2天。将坯体置于马弗炉中进行热处理的步骤为：将坯体置于马弗炉中进行热处理，以5℃/min的升温速率升温至400℃，保温40min，以3℃/min的升温速率继续升温至720℃，保温70min，以1℃/min的升温速率最后升温至800℃，保温160min。钢粉过200目筛，废弃陶瓷粉末过170目筛。钢粉和废弃陶瓷粉末的质量比为3∶1。球料质量比为15∶1，钢球的直径为10mm。
对照例：东莞某公司生产的耐磨陶瓷涂料层。
将实例及对照例制备得到的耐磨陶瓷涂料层进行检测，具体检测如下：
线收缩率：采用游标卡尺进行测量并记录；
抗折强度：将烧结后的试样置于抗折试验机上进行测定。试样的常温抗折强度按照GB/T3001-2000进行；
抗压强度：实验执行GB/T3001-2000标准进行。
具体测试结果如表1。
表1性能表征对比表
检测项目 实例1 实例2 实例3 实例4 对照例
线收缩率/% 0.15 0.16 0.15 0.16 0.22
抗折强度/MPa 30.0 31.2 29.8 30.1 14.8
抗压强度/MPa 151 150 149 90
由表1可知，本发明制备的耐磨陶瓷涂料层具有良好的线收缩率和抗压、抗折强度。

Claims (10)

1.一种耐磨陶瓷涂料层的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）取莫来石、碳化硅、氮化铝、增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂、去离子水，将莫来石、碳化硅、氮化铝混合，进行球磨处理，即得混合粉体，在混合粉体中加入增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂和去离子水，进行球磨处理，即得前驱体；
（2）将前驱体均匀涂覆在金属表面上，置于烘箱中进行干燥处理，即得坯体，将坯体置于马弗炉中进行热处理，随炉温冷却，即得耐磨陶瓷涂料层。
2.根据权利要求书1所述的一种耐磨陶瓷涂料层的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的增强剂的制备步骤为：取钢粉和废弃陶瓷粉末混合，在搅拌速度为400～600r/min下球磨20～30min，即得增强剂。
3.根据权利要求书1所述的一种耐磨陶瓷涂料层的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的莫来石、碳化硅、氮化铝、增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂、去离子水之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取20～30份莫来石、1～10份碳化硅、1～5份氮化铝、1～3份增强剂、10～15份铝酸盐水泥、0.3～0.6份沥青、0.1～0.3份石灰石粉、1～3份聚羧酸减水剂、50～80份去离子水。
4.根据权利要求书1所述的一种耐磨陶瓷涂料层的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的将莫来石、碳化硅、氮化铝混合，进行球磨处理步骤为：将莫来石、碳化硅、氮化铝混合，在搅拌速度为300～500r/min，球料比为15∶1，选用钢球，球磨40～60min。
5.根据权利要求书1所述的一种耐磨陶瓷涂料层的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的在混合粉体中加入增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂和去离子水，进行球磨处理步骤为：在混合粉体中加入增强剂、铝酸盐水泥、沥青、石灰石粉、聚羧酸减水剂和去离子水，在搅拌速度为100～200r/min下继续球磨1～2h。
6.根据权利要求书1所述的一种耐磨陶瓷涂料层的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的将前驱体均匀涂覆在金属表面上，置于烘箱中进行干燥处理步骤为：将前驱体均匀涂覆在金属表面上，在温度为100～110℃的烘箱中干燥1～2天。
7.根据权利要求书1所述的一种耐磨陶瓷涂料层的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的将坯体置于马弗炉中进行热处理的步骤为：将坯体置于马弗炉中进行热处理，以5℃/min的升温速率升温至300～400℃，保温30～40min，以3℃/min的升温速率继续升温至650～720℃，保温60～70min，以1℃/min的升温速率最后升温至750～800℃，保温120～160min。
8.根据权利要求书2所述的一种耐磨陶瓷涂料层的制备方法，其特征在于：所述的钢粉过170～200目筛，废弃陶瓷粉末过140～170目筛。
9.根据权利要求书2所述的一种耐磨陶瓷涂料层的制备方法，其特征在于：所述的钢粉和废弃陶瓷粉末的质量比为3∶1。
10.根据权利要求书4所述的一种耐磨陶瓷涂料层的制备方法，其特征在于：所述的球料质量比为15∶1，钢球的直径为8～10mm。
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