[發明專利]一種具有三維互穿網絡結構的鋼鐵-橡膠復合耐磨件的制備方法

在審

• 申請號: 202111009824.1
• 申請日: 2021-08-31
• 公開（公告）號: CN113857431A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 隋育棟;蔣業華;侯占東;周謨金;溫放放;李祖來;盧德宏
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B22C9/04
• 分類號: B22C9/04;B22C9/08;B22D19/02;B22C3/00
• 代理公司: 昆明同聚專利代理有限公司 53214
• 代理人: 王遠同

本發明公開一種具有三維互穿網絡結構的鋼鐵?橡膠復合耐磨件的制備方法，屬于異質材料復合技術領域。首先建立三維互穿網絡結構立體模型，并利用3D打印機將此立體模型打印成空間結構塑料模板；將塑料模板與內澆道和直澆道拼接后放入松散石英砂的砂箱中，然后振實砂箱；將高耐磨的鋼鐵材料熔化后澆注入砂箱中獲得具有三維網絡結構的鋼鐵骨架；隨后將加熱后呈柔軟狀態的橡膠注射到鋼鐵骨架中冷卻成型。由于三維交叉互鎖作用，鋼鐵與橡膠之間的結合力極強，能有效綜合鋼鐵材料的耐磨性和橡膠材料的抗沖擊性，解決了傳統鋼鐵、橡膠復合耐磨件以粘結層連接導致的結合強度差、工作面的鋼鐵在服役過程中易脫落等問題。

技術領域

本發明屬于異質材料復合技術領域，尤其是涉及一種具有三維互穿網絡結構的鋼鐵-橡膠復合耐磨件的制備方法。

背景技術

近年來，礦山機械的設計制造發展迅速，趨向大型化和高效化，大型的半自磨機、球磨機、渣漿泵等在各選礦廠得到了廣泛的推廣應用。由于設備尺寸的增大，給礦粒度或磨礦鋼球都比較大，對設備中的關鍵耐磨部件（如襯板、渣漿泵護板、提升條等）的沖擊大，磨損非常劇烈，耐磨件的使用壽命短，更換時間長，不僅浪費大量的人力、物力，而且設備的運轉效率較低。

目前礦山機械關鍵耐磨部件的材質主要有三種：第一種是采用高鉻鑄鐵、高錳鋼或低合金鋼等，主要存在以下問題：①抗沖擊力不足，使用壽命短；②耐磨件易出現鑄造缺陷，易裂，使用一段時間后會存在部分碎裂的現象，需要停機檢修更換；③耐磨件較笨重，螺栓緊固困難，易松動，造成螺栓孔漏礦漿，嚴重時磨損螺栓孔；④金屬耐磨件的安裝、拆卸和維護都很麻煩，工人檢修的勞動強度大，影響生產效率；第二種是采用高耐磨的天然橡膠，利用自身的彈性變形，吸收漿料的動能和沖擊，但存在以下問題：①橡膠的硬度低，耐磨性差，使用壽命不足；②橡膠耐磨件強度低，在設備運行時受振動的影響而振動偏大，橡膠老化加速；③由于礦山選礦工藝本身條件惡劣，橡膠耐磨件的使用壽命較短；第三種是鋼鐵-橡膠復合耐磨件，但這種復合耐磨件中的鋼鐵和橡膠為層狀復合，一般以膠粘層進行連接，結合強度較低，在物料的高沖擊作用下，鋼鐵或橡膠易整層剝落，導致作業危險系數較高，很難得到推廣應用。

3D打印技術經過多年的發展，技術上已基本上形成了一套體系，3D打印技術制造復雜物品不增加成本，空間設計無限，無需組裝，精確的實體復制等，這些優勢使得3D打印應用的行業逐漸擴大。

發明內容

本發明的目的旨在提供一種高耐磨、耐沖擊、使用壽命長、重量輕的大型復合耐磨件制備方法，具體包括以下步驟：

（1）利用繪圖軟件繪制具有三維互穿網絡結構的立體模型，利用3D打印機將繪制出的立體模型打印成空間結構塑料模板。

（2）將塑料模板與內澆道和直澆道拼接后放入松散石英砂的砂箱中，振實砂箱后將高耐磨的鋼鐵材料熔化并澆注入砂箱中，獲得具有三維網絡結構的鋼鐵骨架。

（3）將加熱后呈柔軟狀態的橡膠注射到鋼鐵骨架中冷卻成型，獲得具有三維互穿網絡結構的鋼鐵-橡膠耐磨塊。

（4）采用焊接或鉚接的方法將具有三維互穿網絡結構的鋼鐵-橡膠耐磨塊安裝在耐磨件的工作表面，即可獲得表面強化的復合耐磨件。

所述的三維互穿網絡結構中孔的橫截面形狀為圓形、三角形、四邊形、六邊形的一種或幾種。

所述的三維互穿網絡結構中孔橫截面的等效直徑為3~30mm，兩孔中心間距為4~50mm。

所述的高耐磨的鋼鐵材料為高鉻鑄鐵、高錳鋼、合金鋼中的任意一種。

所述的橡膠為常規的橡膠，優選組分及其配比為：天然橡膠:炭黑: 氧化鋅/納米氧化鋅:硬脂酸: 添加劑:芳烴油=100:30:6:1:6:3；所述添加劑為常規添加劑例如促進劑CZ、防老劑RD、分散劑、硫磺等。

所述的耐磨件為襯板、渣漿泵護板、提升條中的任意一種。