专利名称：三元复合材料耐磨衬板及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一般破碎、研磨、输送、浮选、粉碎领域的机械设备及制造工艺，特别涉及一种复合材料耐磨衬板及其制备工艺。
背景技术：
煤碳、冶金、矿山、电力、建材、耐火材料、能源等工业行业广泛应用的破碎、制粉、浮选、输送等机械上的衬板是主要的磨损件。目前各行业所用的衬板材质主要有高锰钢、多元低合金钢、铬系白口铸铁等几种单一金属材料。高锰钢只有在高负荷、高冲击应力下，实现奥氏体向马氏体的固态相变而加工硬化，才能充分发挥其耐磨性，且屈服强度低，易产生塑性流变；多元低合金钢的宏观硬度在HRC40左右，由于硬度低，不能抵抗磨料的压入和划动，在使用过程中表面产生大量的切削和塑变低周疲劳，故耐磨性不好；铬系铸铁虽然耐磨、耐热、耐蚀性能好，但其塑韧性差容易断裂。近年来，针对衬板磨损的具体工况和资源情况，国内外主要在化学成分再合金化、热处理工艺、冶炼浇注工艺等方面展开研究，研制出多种耐磨材料，主要有改性高锰钢、中锰钢、超高锰钢系列，高、中、低碳耐磨合金钢系列，锰系、硼系抗磨白口铸铁及马氏体、贝氏体抗磨球墨铸铁等衬板材质，但由于单一材质在强度、硬度、塑韧性等方面机械力学性能不可兼顾或对服役工况存在特殊要求，所以服役期限仍然很短或很难满足各种工况的需要。另外，也有聚氨酯、橡胶耐磨衬板的应用研究，由于纯弹性体材料容易造成成片撕裂和磨矿效率低的缺点，而不能推广应用。
发明内容
本发明的目的在于开发一种能够满足各种冲击、腐蚀、磨损等复合工况下各种类型机械耐磨衬板的使用要求，具有服役寿命长的三元复合材料耐磨衬板系列产品及其制备工艺。
本发明的技术解决方案是这样实现的它由纳米结构金属丝网(1)、陶瓷棒(2)、聚氨酯(3)三部分组成。陶瓷棒(2)镶嵌在纳米结构金属丝网(1)的网孔中，纳米结构金属丝网(1)、陶瓷棒(2)和聚氨酯弹性体(3)复合成一体。
在上述技术方案中，陶瓷棒(2)轴线方向与衬板工作面夹角为10°～90°。在纳米结构金属丝网(1)中全部镶嵌有陶瓷棒(2)，或者在衬板工作面一侧镶嵌有陶瓷棒(2)。陶瓷棒(2)的长度等于或小于纳米结构金属丝网(1)叠层的厚度，其直径为0.2～15mm。陶瓷棒(2)采用氧化铝、碳化钨或碳化硅陶瓷材料制作。
在上述技术方案中，纳米结构金属丝网(1)堆叠的层数由工况要求的规格尺寸确定。纳米结构金属丝网(1)的直径为0.1～2.5mm；其网孔尺寸为0.2～15mm。纳米结构金属丝网(1)选用纳米结构的低碳钢、中碳钢、高碳钢金属丝，或者纳米结构的低、中、高碳合金钢金属丝，或者纳米结构锰钢亚稳材料的金属丝编织而成。纳米结构金属丝网(1)也可采用低碳钢、中碳钢、高碳钢金属丝；或者低、中、高碳合金钢金属丝，或锰钢亚稳材料金属丝制作。
在上述技术方案中，聚氨酯弹性体(3)采用系列聚氨酯，特别是Adiprene-1型聚氨酯，还可采用橡胶或塑料。
本发明的制备工艺依下述步骤进行a.编织纳米结构金属丝网(1)；b.根据衬板规格尺寸对纳米结构金属丝网(1)进行冲裁；c.纳米结构金属丝网(1)酸洗或丙酮洗涤，进行表面除锈、除污、除油处理；d.根据衬板厚度尺寸，将纳米结构金属丝网(1)数层紧密叠合；e.在纳米结构金属丝网(1)网孔中镶嵌陶瓷棒(2)；f.把镶嵌有陶瓷棒(2)的纳米结构金属丝网(1)放入衬板模具空腔中；g.配置聚氨酯原料，在60～200℃温度范围内浇注入模具空腔并加压；经过10～60分钟固化后脱模，即制备出三元复合材料耐磨衬板。
本发明具有以下优点1、采用小直径的高硬度陶瓷棒镶嵌在纳米结构金属丝网中，构成抗磨硬质点，能够阻止磨料颗粒在衬板工作面的压入和划动，从而使衬板具有很高的耐磨性能。
2、纳米结构金属丝网既有高强度，又有高韧性；系列聚氨酯弹性体不仅起到成型、粘结作用，同时还具有高耐磨性、高抗水性、高减震性。纳米结构金属丝网复合在聚氨酯弹性体内部，可避免实际使用工况条件下的外部介质腐蚀。陶瓷棒和纳米结构金属丝网可共同防止磨料颗粒对聚氨酯弹性体的划伤、撕扯，使聚氨酯弹性体保持稳定的形态。
3、本发明兼有了陶瓷材料的高硬度、高耐磨性；金属材料的高强度、高韧性；有机弹性体材料的高弹性和抗腐蚀性。
4、本发明的复合成型温度低，工艺可控性强，成品率高，生产质量稳定，不需要经过热处理等工艺即可获得很高的使用性能。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明图1是实施例1结构俯视图；图2是实施例1结构剖视图；图3是实施例2结构剖视图；图4是实施例3结构剖视图；图5是本发明的工艺流程图。
具体实施例方式
实施例1一种三元复合材料耐磨衬板，参见图1和图2。它由纳米结构金属丝网1、陶瓷棒2、聚氨酯弹性体3三部分复合而成。根据工况要求，纳米结构金属丝网1可选用直径为0.1～2.5mm的纳米结构金属丝编织，网孔尺寸在0.2～15mm范围内调整。纳米结构金属丝的材料可以是低碳钢、中碳钢、高碳钢；低、中、高碳合金钢，或锰钢亚稳材料等，也可选用相应的金属丝材料。
按照工况要求，纳米结构金属丝网1层层紧密堆叠至所需要的厚度。
陶瓷棒2采用氧化铝或碳化钨等陶瓷材料制作，直径可根据纳米结构金属丝网1的网孔直径在0.2～15mm范围内调整。陶瓷棒2镶嵌在纳米结构金属丝网1的网孔中并与之紧密配合。陶瓷棒2的长度与纳米结构金属丝网1叠层的总厚度相等，陶瓷棒2轴线方向与衬板工作面相垂直。
聚氨酯弹性体3可采用系列聚氨酯，例如Adiprene-1型聚氨酯，还可采用其它弹性好、耐腐蚀性高、粘结性强的橡胶或塑料等。
实施例1的制备工艺步骤如下，参见工艺流程图5。
a.编织纳米结构金属丝网1，根据不同工况需要，选用不同成分的金属丝编织；b.根据衬板规格尺寸对纳米结构金属丝网1进行冲裁；c.纳米结构金属丝网1酸洗或丙酮洗涤，进行表面除锈、除污、除油等处理；d.根据衬板厚度尺寸，将纳米结构金属丝网1数层紧密叠合；e.在纳米结构金属丝网1网孔中镶嵌陶瓷棒2；f.把镶嵌有陶瓷棒2的纳米结构金属丝网1按要求放入模具空腔中；g.配置聚氨酯原料，在80～150℃温度范围内浇注入模具空腔并按常规加压；经过30～60分钟固化后脱模，即制备出三元复合材料耐磨衬板。
实施例2一种三元复合材料耐磨衬板，参见图1和图3。本发明由纳米结构金属丝网1、陶瓷棒2、聚氨酯弹性体3三部分复合而成。陶瓷棒2选用的材料是氧化铝陶瓷或碳化钨陶瓷，陶瓷棒2长度小于纳米结构金属丝网1叠层总厚度，具体长度值可根据实际工况确定。陶瓷棒2镶嵌在衬板工作面一侧，轴线方向与衬板工作面相垂直。其它结构同实施例1。
实施例2的特点是节省了陶瓷棒2的用量，减少了制备成本。缺点是使用寿命会有所下降。
实施例2的制备工艺步骤基本同实施例1，参见工艺流程图5。
实施例2与实施例1在e和f步骤不同e.陶瓷棒2镶嵌在纳米结构金属丝网1衬板工作面一侧网孔中；
f.将镶嵌有陶瓷棒2的一侧面向下放置模具空腔中。
其它工艺步骤同实施例1。
实施例3一种三元复合材料耐磨衬板，参见图1和图4。本发明由纳米结构金属丝网1、陶瓷棒2、弹性体3三部分复合而成。根据实际使用工况条件下的受冲击力方向，纳米结构金属丝网1按一定角度倾斜叠层，并保持不同层之间的网孔对正，使陶瓷棒2轴线方向与纳米结构金属丝网1平面垂直，镶嵌陶瓷棒2后，根据衬板的规格尺寸进行切割打磨。陶瓷棒2轴线方向与衬板工作面夹角为10°～90°。一般常用角度为30°～60°。
根据具体使用需要，金属丝直径在0.1～2.5mm范围内调整，纳米结构金属丝网1的网孔尺寸在0.2～15mm范围内调整。
陶瓷棒2可采用氧化铝陶瓷、碳化钨等陶瓷材料制作，其直径可根据纳米结构金属丝网1的网孔直径在0.2～15mm范围内调整，镶嵌在纳米结构金属丝网1的网孔中并紧密配合，配合公差为±0.01～±0.1mm，聚氨酯弹性体3可采用系列聚氨酯，例如Adiprene-1型聚氨酯，还可采用其它弹性好、耐腐蚀性高、粘结性强的橡胶或塑料等。
实施例3的特点是在受确定角度冲击磨损工况条件下，具有更合理的成型结构，从而保证很高的使用性能。
实施例3的制备工艺步骤基本同实施例1，参见工艺流程图5。
实施例3与实施例1在d、e和f步骤不同d.根据衬板厚度尺寸，将纳米结构金属丝网1按30°～60°角度倾斜，数层紧密叠合，并保持不同层之间的网孔对正，使陶瓷棒2轴线方向与纳米结构金属丝网1平面垂直；e.在倾斜叠层的纳米结构金属丝网1网孔中镶嵌陶瓷棒2，根据衬板的规格尺寸进行切割打磨处理；f.把镶嵌有陶瓷棒2的纳米结构金属丝网1放入模具空腔中。
其它工艺步骤同实施例1。本发明的实施方式不限于上述实施例。
权利要求
1.一种三元复合材料耐磨衬板，其特征在于它由纳米结构金属丝网(1)、陶瓷棒(2)、聚氨酯(3)三部分组成，陶瓷棒(2)镶嵌在纳米结构金属丝网(1)的网孔中，纳米结构金属丝网(1)、陶瓷棒(2)和聚氨酯(3)复合成一体。
2.根据权利要求1所述的三元复合材料耐磨衬板，其特征在于陶瓷棒(2)轴线方向与衬板工作面夹角为10°～90°。
3.根据权利要求1所述的三元复合材料耐磨衬板，其特征在于纳米结构金属丝网(1)中全部镶嵌有陶瓷棒(2)，或者在衬板工作面一侧镶嵌有陶瓷棒(2)。
4.根据权利要求1或3所述的三元复合材料耐磨衬板，其特征在于陶瓷棒(2)的长度等于或小于纳米结构金属丝网(1)叠层的厚度，其直径为0.2～15mm。
5.根据权利要求1所述的三元复合材料耐磨衬板，其特征在于纳米结构金属丝网(1)堆叠的层数由工况要求的规格尺寸确定。
6.根据权利要求1所述的三元复合材料耐磨衬板，其特征在于陶瓷棒(2)采用氧化铝、碳化钨或碳化硅陶瓷材料制作。
7.根据权利要求1所述的三元复合材料耐磨衬板，其特征在于纳米结构金属丝网(1)的直径为0.1～2.5mm；其网孔尺寸为0.2～15mm。
8.根据权利要求1所述的三元复合材料耐磨衬板，其特征在于聚氨酯弹性体(3)采用系列聚氨酯，特别是Adiprene-1型聚氨酯，还可采用橡胶或塑料。
9.根据权利要求1所述的三元复合材料耐磨衬板，其特征在于纳米结构金属丝网(1)选用纳米结构的低碳钢、中碳钢、高碳钢金属丝，或者纳米结构的低、中、高碳合金钢金属丝，或者纳米结构锰钢亚稳材料的金属丝编织而成。
10.根据权利要求1或9所述的三元复合材料耐磨衬板，其特征在于纳米结构金属丝网(1)也可采用低碳钢、中碳钢、高碳钢金属丝；或者低、中、高碳合金钢金属丝，或锰钢亚稳材料金属丝制作。
11.三元复合材料耐磨衬板的制备工艺，其特征在于该制备工艺依下述步骤进行a.编织纳米结构金属丝网(1)；b.根据衬板规格尺寸对纳米结构金属丝网(1)进行冲裁；c.纳米结构金属丝网(1)酸洗或丙酮洗涤，进行表面除锈、除污、除油处理；d.根据衬板厚度尺寸，将纳米结构金属丝网(1)数层紧密叠合；e.在纳米结构金属丝网(1)网孔中镶嵌陶瓷棒(2)；f.把镶嵌有陶瓷棒(2)的纳米结构金属丝网(1)放入衬板模具空腔中；g.配置聚氨酯原料，在60～200℃温度范围内浇注入模具空腔并加压；经过10～60分钟固化后脱模，即制备出三元复合材料耐磨衬板。
全文摘要
本发明公开了一种三元复合材料耐磨衬板及其制备工艺，它由纳米结构金属丝网(1)、高硬度陶瓷棒(2)、聚氨酯弹性体(3)三部分复合而成，陶瓷棒(2)镶嵌在纳米结构金属丝网(1)的网孔中，用聚氨酯复合成为一体。本发明的优点是该发明汇集了陶瓷材料高硬度，金属材料高韧性、高强度和有机弹性体材料的弹性和抗腐蚀性等各种优点，解决了大块陶瓷在冲击下的碎裂、单一金属材料抗腐蚀性差、纯聚氨酯在磨损工况下成片撕裂和磨矿效率低的难题，使用寿命比单一材质衬板提高一个数量级。本发明的复合成型温度低、工艺可控性强，成品率高，生产质量稳定，不需要经过热处理等工艺即可获得很高的使用性能。
文档编号B02C13/00GK1651146SQ20051004167
公开日2005年8月10日 申请日期2005年2月3日 优先权日2005年2月3日
发明者许云华, 岑启宏, 王永平, 付永红, 武宏 申请人:西安建筑科技大学