[發明專利]鋁熱還原反應粉末包覆的ZTA陶瓷顆粒及其制法和應用

在審

• 申請號: 202210086109.6
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114406258A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 佟偉平
• 申請（專利權）人: 華清平耐磨科技（蘇州）有限公司
• 主分類號: B22F1/18
• 分類號: B22F1/18;B22F7/08;B02C4/30;B02C17/22;C22C38/18;C22C38/12;C22C38/04;C22C38/08;C22C38/14;C22C30/00;C22C27/04;C22C33/02;C22C1/05;C22C38/36
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 馬海芳

一種鋁熱還原反應粉末包覆的ZTA陶瓷顆粒及其制法和應用，屬于金屬基復合材料和耐磨材料領域。該鋁熱還原反應粉末包覆的ZTA陶瓷顆粒，為ZTA陶瓷顆粒/鋁熱還原反應粉末核殼結構，通過對該鋁熱還原反應粉末包覆的ZTA陶瓷顆粒進行自蔓延燒結得到的金屬化ZTA陶瓷顆粒，在結合合金基體進行耐磨損的復合材料的制備，制備的耐磨損的復合材料作為耐磨部件的一部分，和應用部件(輥磨機輥套、立磨輥或襯板)結合，提高了設備的耐磨性。通過制備方法的改進，可以在ZTA陶瓷顆粒和基體之間形成了20～50μm寬度的界面，該界面的形成能夠顯著提高耐磨損的復合材料的耐磨性。

技術領域

本發明涉及一種鋁熱還原反應粉末包覆的ZTA陶瓷顆粒及其制法和應用，屬于金屬基復合材料和耐磨材料技術領域。

背景技術

陶瓷顆粒增強金屬基復合材料，特別是氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷(ZTA)顆粒增強鐵基復合材料具有優異的物理、化學和機械性能，近年來在許多耐磨的工程部件中得以廣泛應用。ZTA顆粒增強鐵基復合材料在實際應用中的首要前提是ZTA顆粒與金屬零件間的緊密結合。然而，由于Fe/Al₂O₃和Fe/ZrO₂的接觸角分別高達140°和116°，其界面的潤濕性較差成為制備復合材料的最大難題之一。

目前，一種有效地解決方案是在ZTA陶瓷顆粒表面涂覆一層金屬層，使陶瓷顆粒表面金屬化，以提高陶瓷表面的附著強度。在20世紀70年代采用鉬錳法(Mo-Mn)實現了陶瓷顆粒表面的金屬化，其與致密金屬和玻璃相的形成密切相關。為了保證玻璃相的良好遷移，Mo-Mn金屬化過程必須在氫氣中以1500℃以上的極高溫度進行燒結。這種方法對設備的要求、對制備復合材料的生產成本都偏高，在很大程度上限制了此方法的廣泛應用。現階段對ZTA陶瓷顆粒表面金屬化的方法多采用表層鍍鎳、鍍銅等方式，其過程包括基體機械處理、除油、粗化、敏化、活化和表面鍍鎳、銅等步驟，其過程較為復雜、工藝穩定系數低。

因此，迫切需要研究一種具有簡單、經濟等優點的高活性、高潤濕性合金粉末來包覆ZTA陶瓷顆粒表面的方法，實現陶瓷顆粒表面金屬化的可行途徑。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出了一種鋁熱還原反應粉末包覆的ZTA陶瓷顆粒及其制法和應用。該方法以純鋁粉末和/或鋁鐵粉末作為鋁源，再加入能夠進行鋁熱還原反應的金屬氧化物，通過自蔓延反應燒結法在ZTA陶瓷顆粒表面燒結成均勻包裹的金屬化層。此方法具有操作簡單、工藝難度系數低和陶瓷顆粒表面可較好改性等優點。而基于鋁熱還原反應粉末包覆的ZTA陶瓷顆粒進行自蔓延燒結得到的金屬化ZTA陶瓷顆粒，進行耐磨損的復合材料的制備，從而在ZTA陶瓷顆粒和基體之間形成了20～50μm寬度的界面，該界面的形成能夠顯著提高耐磨損的復合材料的耐磨性。

本發明采用以下技術方案來實現：

本發明的鋁熱還原反應粉末包覆的ZTA陶瓷顆粒，為ZTA陶瓷顆粒/鋁熱還原反應粉末核殼結構。

其中，按質量比，鋁熱還原反應粉末：ZTA陶瓷顆粒＝1：(3～10)。

所述的鋁熱還原反應粉末為鋁源和能夠進行鋁熱還原反應的金屬氧化物的混合物，其中，鋁源為純鋁粉末和/或鋁鐵粉末為鋁源；能夠進行鋁熱還原反應的金屬氧化物優選為Fe₂O₃、MnO、CuO、Cr₂O₃中的一種或幾種；

按質量比，鋁源：能夠進行鋁熱還原反應的金屬氧化物＝1：(1～4)。

所述的鋁熱還原反應粉末包覆的ZTA陶瓷顆粒中，在殼中，還含有粘結劑，粘結劑為水玻璃(硅酸鈉)、PVA(聚乙烯醇)、PAM(聚丙烯酰胺)或酚醛樹脂中的一種或幾種，粘結劑的總量為ZTA陶瓷顆粒總質量的5％～20％。

本發明的一種鋁熱還原反應粉末包覆的ZTA陶瓷顆粒的制備方法，包括以下步驟：