本发明涉及耐磨材料
技术领域：
，尤其涉及一种耐磨耐腐蚀球磨机用钢球及其制备方法。
背景技术：
：耐磨钢球是一种用于球磨机中的粉碎介质，用于粉碎磨机中的物料，广泛应用于矿山、发电、水泥建材等行业。钢球在湿磨工况中，受到磨料磨损、冲击磨损和腐蚀磨损三种磨损机制的协同作用而发生损耗，导致其使用寿命缩短。目前，针对钢球的耐磨性作了很多改进，但是对钢球的腐蚀损耗方面关注和改进不多。而在矿山等腐蚀性介质工况下工作给钢球带来的腐蚀损耗十分严重，这也导致了用于矿山等领域的球磨机用钢球损耗速度非常快，损耗量很大，不仅增加了成本，而且由于钢球需要经常更换，使设备停机维护的频率增加，影响了正常生产。技术实现要素：基于
背景技术：
存在的技术问题，本发明提出了一种耐磨耐腐蚀球磨机用钢球及其制备方法。本发明提出的一种耐磨耐腐蚀球磨机用钢球的制备方法，包括以下步骤：s1、将钢球基体的原料在电炉中进行加热熔炼，得到钢水，然后将钢水进行浇铸得到铸坯，将铸坯加热、轧制成球，冷却后得到钢球基体；s2、将nial合金粉末、氧化石墨烯包覆碳化硅晶须混合均匀，得到中间粘结层粉体，再采用等离子喷涂将中间粘结层粉体喷涂在钢球基体表面，形成中间粘结层，得到一次涂覆钢球；s3、将cr2o3粉末、sio2粉末混合均匀，得到表面涂覆层粉体，再采用等离子喷涂将表面涂覆层粉体喷涂在一次涂覆钢球表面，形成表面涂覆层，得到二次涂覆钢球；s4、将所述二次涂覆钢球先进行热等静压处理，然后冷却至室温，再经过低温回火，冷却后得到耐磨耐腐蚀球磨机用钢球。优选地，所述氧化石墨烯包覆碳化硅晶须的制备方法如下：(1)用氨基硅烷偶联剂对碳化硅晶须进行表面改性，得到改性碳化硅晶须，将改性碳化硅晶须在水中分散均匀，然后将ph调至4-5，得到改性碳化硅晶须分散液；(2)将所述改性碳化硅晶须加入ph为8-8.5的氧化石墨烯水分散液中，搅拌均匀，然后离心、洗涤、干燥，即得；优选地，所述改性碳化硅晶须与氧化石墨烯的质量比为(7-9)：1，所述氨基硅烷偶联剂与碳化硅晶须的质量比为(0.1-0.2)：1。优选地，所述氧化石墨烯包覆碳化硅晶须的制备方法如下：(1)将硅烷偶联剂kh-550与碳化硅晶须加入甲苯中，在80-90℃条件下加热反应4-6h，然后用无水乙醇洗涤、烘干，得到改性碳化硅晶须，将改性碳化硅晶须在水中分散均匀，然后将ph调至4-5，得到改性碳化硅晶须分散液，其中硅烷偶联剂kh-550与碳化硅晶须的质量比为(0.1-0.2)：1，甲苯的体积与碳化硅晶须的质量之比为(50-100)ml：1g，改性碳化硅晶须分散液的浓度为0.01-0.02g/ml；(2)将改性碳化硅晶须分散液加入ph为8-8.5的氧化石墨烯水分散液中，搅拌1-2h，然后离心、洗涤、干燥，即得，其中改性碳化硅晶须与氧化石墨烯的质量比为(7-9)：1，氧化石墨烯水分散液的浓度为0.3-0.5mg/ml。优选地，所述nial合金粉末按重量百分比计包括下述化学成分：al：65-85％、余量为ni。优选地，所述步骤s2中，nial合金粉末、氧化石墨烯包覆碳化硅晶须的质量比为(25-35)：1。优选地，所述步骤s3中，cr2o3粉末、sio2粉末的质量比为(10-20)：1。优选地，所述中间粘结层的厚度为80-100μm，所述表面涂覆层的厚度为150-200μm。优选地，所述步骤s4中，将所述二次涂覆钢球置于热等静压设备中，在压强为80-100mpa、温度为800-900℃的条件下保温5-10min，然后冷却至室温，再在150-180℃低温回火1-2h，冷却后得到耐磨耐腐蚀球磨机用钢球。优选地，所述步骤s2中，等离子喷涂的工艺参数如下：主气为氩气，辅助气体为氢气，主气的流量为50-60l/min，辅助气体的流量为10-20l/min，送粉速度为45-55g/min，喷涂距离为110-130mm，电压为40-60v，电流为500-600a；所述步骤s3中，等离子喷涂的工艺参数如下：主气为氩气，辅助气体为氢气，主气的流量为50-60l/min，辅助气体的流量为10-20l/min，送粉速度为25-30g/min，喷涂距离为70-80mm，电压为40-50v，电流为500-600a。优选地，所述步骤s1中，将钢球基体的原料在电炉中于1500-1550℃进行加热熔炼，得到钢水，然后将钢水进行浇铸得到铸坯，将铸坯加热至1150-1180℃保温1-2h，然后轧制成球，冷却后得到钢球基体；所述钢水按重量百分比计包括下述化学成分：c：0.8-1.0％、si：1.5-1.8％、mn：1-1.4％、cu：0.3-0.5％、cr：0.8-1.2％、余量为fe和不可避免的杂质。一种耐磨耐腐蚀球磨机用钢球，由所述的制备方法得到。本发明的有益效果如下：本发明通过将钢球基体的原料在电炉中进行加热熔炼、浇铸、加热、轧制成球，冷却后得到钢球基体；将nial合金粉末、氧化石墨烯包覆碳化硅晶须混合均匀，通过等离子喷涂在钢球基体表面形成中间粘结层，得到一次涂覆钢球；将cr2o3粉末、sio2粉末混合均匀，通过等离子喷涂在一次涂覆钢球表面形成表面涂覆层，得到二次涂覆钢球；将二次涂覆钢球先进行热等静压处理，然后低温回火，得到耐磨耐腐蚀球磨机用钢球。其中，通过在中间粘结层的原料中掺入了适量的氧化石墨烯包覆碳化硅晶须以及热等静压后处理步骤相结合，热等静压使中间粘结层的氧化石墨烯包覆碳化硅晶须的晶须结构和石墨烯片层结构部分更牢固地嵌入钢球基体以及表面包覆层，增强基体、粘结层和表面包覆层之间的机械铆接效应，提高层间结合强度，使其对腐蚀介质具有更好的抗渗透性，改善抗腐蚀效果，同时，由于石墨烯包覆碳化硅晶须的掺入，使中间粘结层的致密性和耐腐蚀性大幅度增加，可以避免腐蚀介质通过相对耐腐蚀性较差的中间粘结层腐蚀钢球基体，进一步提高钢球的耐腐蚀性能，使得到的钢球具有极为优异的耐腐蚀性能。本发明制备的钢球具有优良的耐磨、耐腐蚀性能，腐蚀损耗低，使用寿命长，适用于矿山等腐蚀介质的应用环境。具体实施方式下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。实施例1一种耐磨耐腐蚀球磨机用钢球的制备方法，包括以下步骤：s1、将钢球基体的原料在电炉中于1500℃进行加热熔炼，得到钢水，然后将钢水进行浇铸得到铸坯，将铸坯加热至1150℃保温2h，然后轧制成球，冷却后得到钢球基体，其中钢水按重量百分比计包括下述化学成分：c：0.8％、si：1.5％、mn：1.4％、cu：0.3％、cr：0.8％、余量为fe和不可避免的杂质；s2、将nial合金粉末、氧化石墨烯包覆碳化硅晶须按质量比为25：1混合均匀，得到中间粘结层粉体，再采用等离子喷涂将中间粘结层粉体喷涂在钢球基体表面，形成厚度为80μm的中间粘结层，得到一次涂覆钢球，其中等离子喷涂的工艺参数如下：主气为氩气，辅助气体为氢气，主气的流量为50l/min，辅助气体的流量为10l/min，送粉速度为45g/min，喷涂距离为110mm，电压为40v，电流为500a；s3、将cr2o3粉末、sio2粉末按质量比为10：1混合均匀，得到表面涂覆层粉体，再采用等离子喷涂将表面涂覆层粉体喷涂在一次涂覆钢球表面，形成厚度为150μm的表面涂覆层，得到二次涂覆钢球，其中等离子喷涂的工艺参数如下：主气为氩气，辅助气体为氢气，主气的流量为50l/min，辅助气体的流量为10l/min，送粉速度为25g/min，喷涂距离为70mm，电压为40v，电流为500a；s4、将二次涂覆钢球置于热等静压设备中，在压强为80mpa、温度为800℃的条件下保温10min，然后冷却至室温，再在150℃低温回火2h，冷却后得到耐磨耐腐蚀球磨机用钢球。氧化石墨烯包覆碳化硅晶须的制备方法如下：(1)将硅烷偶联剂kh-550与碳化硅晶须加入甲苯中，在80℃条件下加热反应6h，然后用无水乙醇洗涤、烘干，得到改性碳化硅晶须，将改性碳化硅晶须在水中分散均匀，然后将ph调至4，得到改性碳化硅晶须分散液，其中硅烷偶联剂kh-550与碳化硅晶须的质量比为0.1：1，甲苯的体积与碳化硅晶须的质量之比为50ml：1g，改性碳化硅晶须分散液的浓度为0.01g/ml；(2)将改性碳化硅晶须分散液加入ph为8的氧化石墨烯水分散液中，搅拌1h，然后离心、洗涤、干燥，即得，其中改性碳化硅晶须与氧化石墨烯的质量比为7：1，氧化石墨烯水分散液的浓度为0.3mg/ml。nial合金粉末按重量百分比计包括下述化学成分：al：65％、余量为ni。实施例2一种耐磨耐腐蚀球磨机用钢球的制备方法，包括以下步骤：s1、将钢球基体的原料在电炉中于1550℃进行加热熔炼，得到钢水，然后将钢水进行浇铸得到铸坯，将铸坯加热至1180℃保温1h，然后轧制成球，冷却后得到钢球基体，其中钢水按重量百分比计包括下述化学成分：c：1.0％、si：1.8％、mn：1％、cu：0.5％、cr：1.2％、余量为fe和不可避免的杂质；s2、将nial合金粉末、氧化石墨烯包覆碳化硅晶须按质量比为35：1混合均匀，得到中间粘结层粉体，再采用等离子喷涂将中间粘结层粉体喷涂在钢球基体表面，形成厚度为100μm的中间粘结层，得到一次涂覆钢球，其中等离子喷涂的工艺参数如下：主气为氩气，辅助气体为氢气，主气的流量为60l/min，辅助气体的流量为20l/min，送粉速度为55g/min，喷涂距离为130mm，电压为60v，电流为600a；s3、将cr2o3粉末、sio2粉末按质量比为20：1混合均匀，得到表面涂覆层粉体，再采用等离子喷涂将表面涂覆层粉体喷涂在一次涂覆钢球表面，形成厚度为200μm的表面涂覆层，得到二次涂覆钢球，其中等离子喷涂的工艺参数如下：主气为氩气，辅助气体为氢气，主气的流量为60l/min，辅助气体的流量为20l/min，送粉速度为30g/min，喷涂距离为80mm，电压为50v，电流为600a；s4、将二次涂覆钢球置于热等静压设备中，在压强为100mpa、温度为900℃的条件下保温5min，然后冷却至室温，再在180℃低温回火1h，冷却后得到耐磨耐腐蚀球磨机用钢球。氧化石墨烯包覆碳化硅晶须的制备方法如下：(1)将硅烷偶联剂kh-550与碳化硅晶须加入甲苯中，在90℃条件下加热反应4h，然后用无水乙醇洗涤、烘干，得到改性碳化硅晶须，将改性碳化硅晶须在水中分散均匀，然后将ph调至5，得到改性碳化硅晶须分散液，其中硅烷偶联剂kh-550与碳化硅晶须的质量比为0.2：1，甲苯的体积与碳化硅晶须的质量之比为100ml：1g，改性碳化硅晶须分散液的浓度为0.02g/ml；(2)将改性碳化硅晶须分散液加入ph为8.5的氧化石墨烯水分散液中，搅拌2h，然后离心、洗涤、干燥，即得，其中改性碳化硅晶须与氧化石墨烯的质量比为9：1，氧化石墨烯水分散液的浓度为0.5mg/ml。nial合金粉末按重量百分比计包括下述化学成分：al：85％、余量为ni。实施例3一种耐磨耐腐蚀球磨机用钢球的制备方法，包括以下步骤：s1、将钢球基体的原料在电炉中于1520℃进行加热熔炼，得到钢水，然后将钢水进行浇铸得到铸坯，将铸坯加热至1160℃保温1.5h，然后轧制成球，冷却后得到钢球基体，其中钢水按重量百分比计包括下述化学成分：c：0.85％、si：1.65％、mn：1.2％、cu：0.45％、cr：0.95％、余量为fe和不可避免的杂质；s2、将nial合金粉末、氧化石墨烯包覆碳化硅晶须按质量比为30：1混合均匀，得到中间粘结层粉体，再采用等离子喷涂将中间粘结层粉体喷涂在钢球基体表面，形成厚度为85μm的中间粘结层，得到一次涂覆钢球，其中等离子喷涂的工艺参数如下：主气为氩气，辅助气体为氢气，主气的流量为55l/min，辅助气体的流量为15l/min，送粉速度为50g/min，喷涂距离为120mm，电压为50v，电流为550a；s3、将cr2o3粉末、sio2粉末按质量比为15：1混合均匀，得到表面涂覆层粉体，再采用等离子喷涂将表面涂覆层粉体喷涂在一次涂覆钢球表面，形成厚度为165μm的表面涂覆层，得到二次涂覆钢球，其中等离子喷涂的工艺参数如下：主气为氩气，辅助气体为氢气，主气的流量为55l/min，辅助气体的流量为15l/min，送粉速度为28g/min，喷涂距离为75mm，电压为45v，电流为550a；s4、将二次涂覆钢球置于热等静压设备中，在压强为90mpa、温度为850℃的条件下保温6min，然后冷却至室温，再在160℃低温回火1.5h，冷却后得到耐磨耐腐蚀球磨机用钢球。氧化石墨烯包覆碳化硅晶须的制备方法如下：(1)将硅烷偶联剂kh-550与碳化硅晶须加入甲苯中，在85℃条件下加热反应5h，然后用无水乙醇洗涤、烘干，得到改性碳化硅晶须，将改性碳化硅晶须在水中分散均匀，然后将ph调至4.5，得到改性碳化硅晶须分散液，其中硅烷偶联剂kh-550与碳化硅晶须的质量比为0.15：1，甲苯的体积与碳化硅晶须的质量之比为80ml：1g，改性碳化硅晶须分散液的浓度为0.015g/ml；(2)将改性碳化硅晶须分散液加入ph为8.4的氧化石墨烯水分散液中，搅拌1.5h，然后离心、洗涤、干燥，即得，其中改性碳化硅晶须与氧化石墨烯的质量比为8：1，氧化石墨烯水分散液的浓度为0.4mg/ml。nial合金粉末按重量百分比计包括下述化学成分：al：70％、余量为ni。对比例1一种球磨机用钢球的制备方法，包括以下步骤：s1、将钢球基体的原料在电炉中于1520℃进行加热熔炼，得到钢水，然后将钢水进行浇铸得到铸坯，将铸坯加热至1160℃保温1.5h，然后轧制成球，冷却至室温，再在160℃低温回火1.5h，冷却后得到钢球基体，其中钢水按重量百分比计包括下述化学成分：c：0.85％、si：1.65％、mn：1.2％、cu：0.45％、cr：0.95％、余量为fe和不可避免的杂质；s2、将nial合金粉末、氧化石墨烯包覆碳化硅晶须按质量比为30：1混合均匀，得到中间粘结层粉体，再采用等离子喷涂将中间粘结层粉体喷涂在钢球基体表面，形成厚度为85μm的中间粘结层，得到一次涂覆钢球，其中等离子喷涂的工艺参数如下：主气为氩气，辅助气体为氢气，主气的流量为55l/min，辅助气体的流量为15l/min，送粉速度为50g/min，喷涂距离为120mm，电压为50v，电流为550a；s3、将cr2o3粉末、sio2粉末按质量比为15：1混合均匀，得到表面涂覆层粉体，再采用等离子喷涂将表面涂覆层粉体喷涂在一次涂覆钢球表面，形成厚度为165μm的表面涂覆层，即得球磨机用钢球，其中等离子喷涂的工艺参数如下：主气为氩气，辅助气体为氢气，主气的流量为55l/min，辅助气体的流量为15l/min，送粉速度为28g/min，喷涂距离为75mm，电压为45v，电流为550a。氧化石墨烯包覆碳化硅晶须的制备方法如下：(1)将硅烷偶联剂kh-550与碳化硅晶须加入甲苯中，在85℃条件下加热反应5h，然后用无水乙醇洗涤、烘干，得到改性碳化硅晶须，将改性碳化硅晶须在水中分散均匀，然后将ph调至4.5，得到改性碳化硅晶须分散液，其中硅烷偶联剂kh-550与碳化硅晶须的质量比为0.15：1，甲苯的体积与碳化硅晶须的质量之比为80ml：1g，改性碳化硅晶须分散液的浓度为0.015g/ml；(2)将改性碳化硅晶须分散液加入ph为8.4的氧化石墨烯水分散液中，搅拌1.5h，然后离心、洗涤、干燥，即得，其中改性碳化硅晶须与氧化石墨烯的质量比为8：1，氧化石墨烯水分散液的浓度为0.4mg/ml。nial合金粉末按重量百分比计包括下述化学成分：al：70％、余量为ni。对比例2一种耐磨耐腐蚀球磨机用钢球的制备方法，包括以下步骤：s1、将钢球基体的原料在电炉中于1520℃进行加热熔炼，得到钢水，然后将钢水进行浇铸得到铸坯，将铸坯加热至1160℃保温1.5h，然后轧制成球，冷却后得到钢球基体，其中钢水按重量百分比计包括下述化学成分：c：0.85％、si：1.65％、mn：1.2％、cu：0.45％、cr：0.95％、余量为fe和不可避免的杂质；s2、采用等离子喷涂将nial合金粉末喷涂在钢球基体表面，形成厚度为85μm的中间粘结层，得到一次涂覆钢球，其中等离子喷涂的工艺参数如下：主气为氩气，辅助气体为氢气，主气的流量为55l/min，辅助气体的流量为15l/min，送粉速度为50g/min，喷涂距离为120mm，电压为50v，电流为550a；s3、将cr2o3粉末、sio2粉末按质量比为15：1混合均匀，得到表面涂覆层粉体，再采用等离子喷涂将表面涂覆层粉体喷涂在一次涂覆钢球表面，形成厚度为165μm的表面涂覆层，得到二次涂覆钢球，其中等离子喷涂的工艺参数如下：主气为氩气，辅助气体为氢气，主气的流量为55l/min，辅助气体的流量为15l/min，送粉速度为28g/min，喷涂距离为75mm，电压为45v，电流为550a；s4、将二次涂覆钢球置于热等静压设备中，在压强为90mpa、温度为850℃的条件下保温6min，然后冷却至室温，再在160℃低温回火1.5h，冷却后得到耐磨耐腐蚀球磨机用钢球。nial合金粉末按重量百分比计包括下述化学成分：al：70％、余量为ni。对比例3一种球磨机用钢球的制备方法，包括以下步骤：s1、将钢球基体的原料在电炉中于1520℃进行加热熔炼，得到钢水，然后将钢水进行浇铸得到铸坯，将铸坯加热至1160℃保温1.5h，然后轧制成球，冷却至室温，再在160℃低温回火1.5h，冷却后得到钢球基体，其中钢水按重量百分比计包括下述化学成分：c：0.85％、si：1.65％、mn：1.2％、cu：0.45％、cr：0.95％、余量为fe和不可避免的杂质；s2、采用等离子喷涂将nial合金粉末喷涂在钢球基体表面，形成厚度为85μm的中间粘结层，得到一次涂覆钢球，其中等离子喷涂的工艺参数如下：主气为氩气，辅助气体为氢气，主气的流量为55l/min，辅助气体的流量为15l/min，送粉速度为50g/min，喷涂距离为120mm，电压为50v，电流为550a；s3、将cr2o3粉末、sio2粉末按质量比为15：1混合均匀，得到表面涂覆层粉体，再采用等离子喷涂将表面涂覆层粉体喷涂在一次涂覆钢球表面，形成厚度为165μm的表面涂覆层，得到球磨机用钢球，其中等离子喷涂的工艺参数如下：主气为氩气，辅助气体为氢气，主气的流量为55l/min，辅助气体的流量为15l/min，送粉速度为28g/min，喷涂距离为75mm，电压为45v，电流为550a。nial合金粉末按重量百分比计包括下述化学成分：al：70％、余量为ni。采用浓度为3.5％的nacl作为腐蚀介质，对实施例3和对比例1-3制得的钢球进行耐腐蚀试验，在腐蚀介质中浸泡500h时，对其腐蚀失重进行测定，结果如表1所示。表1耐腐蚀试验结果测试项目实施例3对比例1对比例2对比例3腐蚀失重(mg)3.48.17.78.7从实施例3和对比例1-3对比可以看出，对比例3为常规的带涂层的耐腐蚀钢球制备方法，对比例2相对于对比例3仅增加了热等静压后处理步骤，对比例1相对于对比例3仅在中间粘结层的原料中掺入了适量的氧化石墨烯包覆碳化硅晶须，可以看出，对比例2、对比例3的钢球耐腐蚀性能都有一定的提高，但是提升不够明显；实施例3通过在中间粘结层的原料中掺入了适量的氧化石墨烯包覆碳化硅晶须以及热等静压后处理步骤相结合，通过热等静压使中间粘结层的氧化石墨烯包覆碳化硅晶须的晶须结构和石墨烯片层结构部分更牢固地嵌入钢球基体以及表面包覆层，增强基体、粘结层和表面包覆层之间的机械铆接效应，提高层间结合强度，使其对腐蚀介质具有更好的抗渗透性，改善抗腐蚀效果，同时，由于石墨烯包覆碳化硅晶须的掺入，使中间粘结层的致密性和耐腐蚀性大幅度增加，可以避免腐蚀介质通过相对耐腐蚀性较差的中间粘结层腐蚀钢球基体，进一步提高钢球的耐腐蚀性能，使得到的钢球具有极为优异的耐腐蚀性能。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页12