1.本发明属于金属基陶瓷材料技术领域，具体的，涉及一种金属基陶瓷耐磨板锤及其制备工艺。
背景技术：
2.板锤是反击式破碎机的重要组件，反击式破碎机在工作时通过高速旋转的转子上的板锤对送入破碎腔内的物料进行高速冲击以实现破碎的目的，因此，板锤在工作过程中会长时间受到高硬度物料的冲击，因此易于出现磨损、变形的情况，其实际使用寿命较短，在工作时，需要保留较多的备件才能保证生产工作的正常进行，这也导致破碎机的使用成本较高，板锤的更换较为频繁，频繁的停机进行板锤的更换在降低工作效率的同时还提升了工作人员的劳动量；
3.现有技术中为了提升板锤的耐磨性能，常采用具有良好的耐磨性能的金属陶瓷复合材料制备，但是现有技术中金属基陶瓷材料存在以下问题：金属基与陶瓷颗粒混合不均匀，导致耐磨性能在不同位置存在较大差异，另外金属基材料与陶瓷材料的结合效果较差，在使用时易出现陶瓷材料颗粒与金属基材料发生脱离的情况，为了解决上述问题，提升陶瓷材料颗粒与金属基材料的结合效果，本发明提供了以下技术方案。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于提供一种金属基陶瓷耐磨板锤及其制备工艺，解决现有技术中金属基陶瓷材料中陶瓷材料与金属基材料结合效果较差导致板锤使用过程中出现陶瓷颗粒脱离的情况。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种金属基陶瓷耐磨板锤，采用金属基陶瓷耐磨复合材料制备而成，所述金属基陶瓷耐磨复合材料由改性陶瓷材料与金属基材料加工制备而成，其中改性陶瓷材料的体积比为20％-80％；
7.所述金属基材料为钢铁，金属基材料的粒径为0.1-3mm；
8.金属基材料中各化学成分的质量百分比为c：0.4％-2％、cr：4％-8％、ni：0-4％、s：0-0.04％、mn：0.3％-3％，其余为fe；
9.所述改性陶瓷材料由陶瓷材料改性制备而成，所述陶瓷材料为氧化铝陶瓷颗粒、碳化硅陶瓷颗粒、氮化硅陶瓷颗粒、碳化铬陶瓷颗粒以及碳化钛中的一种或至少两种以任意比混合而成，所述陶瓷颗粒的粒径为0.1-3mm；
10.所述改性陶瓷材料的制备方法为：
11.s1、陶瓷材料进行除杂清洗；
12.首先通过清水浸泡陶瓷材料5-20min，然后通过清水冲洗陶瓷材料，除去陶瓷材料表面附着的以及浅层吸附的不溶性以及水溶性杂质；
13.然后将经过上一步骤处理后的陶瓷材料加入浓度为10％以上的乙醇水溶液进行
超声震荡洗涤，除去陶瓷材料表面附着以及浅层吸附的醇溶性杂质；
14.s2、对陶瓷材料进行粗化处理；
15.首先对其进行粗化处理：
16.将清洗过的陶瓷材料沥水后加入酸溶液中超声处理10-20min；
17.其中酸溶液为硫酸溶液、盐酸溶液、硝酸溶液或者氢氟酸溶液；
18.将酸处理后的陶瓷材料加入碱溶液中超声处理10-20min
19.其中碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液；
20.通过酸溶液与碱溶液对陶瓷材料进行处理能够提升陶瓷颗粒表面的粗糙度，并对陶瓷材料表面的杂质进行进一步的清理，除去陶瓷表面的部分能够溶于酸溶液或者碱溶液的杂物；
21.完成粗化处理的陶瓷材料通过去离子水冲洗后烘干；
22.s3、将经过上一步骤处理得到陶瓷材料加入处理液中浸渍处理，完成浸渍处理的陶瓷基体沥水后进行高温还原处理后得到改性陶瓷材料；
23.所述处理液为硫酸铜、硫酸镍、次亚磷酸钠的混合水溶液，其中硫酸铜与硫酸镍的浓度总和为0.1mol/l-0.5mol/l，次亚磷酸钠的浓度为硫酸铜与硫酸镍浓度总和的1/4；
24.高温还原处理为在温度135-180℃的条件下处理20-60min；
25.在浸渍处理过程中可以采用增压、升温或者超声的方式提升浸渍效果与浸渍速度；
26.在本发明的一个实施例中，处理液的温度设置为40℃-45℃，然后在超声频率30khz的条件下超声处理5-10min；
27.在该步骤中通过高温还原处理能够通过陶瓷材料吸附硫酸铜、硫酸镍与次亚磷酸钠，对陶瓷材料进行活化处理，然后再通过高温还原的方式在陶瓷材料的表面进行镀铜；
28.另外，该过程还会在陶瓷材料的孔隙结构中形成金属结晶，能够对陶瓷材料的内部孔隙结构起到支撑效果，从而能够进一步提升陶瓷材料的强度，避免在成型后陶瓷材料容易发生崩裂破碎的情况；
29.本发明所述的金属基陶瓷耐磨板锤的制备工艺包括如下步骤：
30.第一步，将改性陶瓷材料与金属基材料按照比例混合后加入球磨机中，并向球磨机中加入改性碳纤维，球磨处理后得到基础材料；
31.其中改性碳纤维的重量为金属基材料重量的0.04％-0.2％；
32.球磨机的球磨条件为转速300-600r/min，球磨时间为30-60min；
33.通过球磨处理能够将改性陶瓷材料、金属基材料与改性碳纤维均匀混合，避免传统的机械混合中出现颗粒聚团导致物料无法均匀分散进而导致成型的板锤强度差，材料易剥离的情况；
34.第二步，将上一步骤处理得到的基础材料加入模具中，半干压法压制成型后，在100-180℃的条件下烘干，得到坯型；
35.第三步，将坯型在气氛保护环境中进行高温烧结。
36.高温烧结的程序根据材料的比例以及类型确定，从而保证成型的板锤具有良好的强度；
37.所述改性碳纤维的制备方法为：
38.ss1、将碳纤维加入乙醇水溶液中超声洗涤后，用去离子水冲洗除去碳纤维表面所附着的乙醇，沥水烘干后进入下一处理步骤；
39.在本发明的一个实施例中，乙醇水溶液为体积浓度为30％，超声频率为40khz，超声洗涤时间为10min；
40.ss2、将上一步骤处理后的碳纤维加入酸溶液中超声处理10-20min；
41.其中酸溶液为硫酸溶液、盐酸溶液、硝酸溶液或者氢氟酸溶液；
42.ss3、将酸处理后的碳纤维加入碱溶液中超声处理10-20min，处理结束后通过去离子水冲洗碳纤维以除去碳纤维表面的碱残留；
43.其中碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液；
44.通过酸洗与碱洗能够对碳纤维表面进行腐蚀处理，提升碳纤维表面的粗糙程度，能够提升碳纤维对后续材料的吸附效果，还能够提升碳纤维与金属基材料以及陶瓷材料的结合效果；
45.ss4、将聚碳硅烷加入二甲苯中溶解后，向其中加入碳纤维，浸渍处理后固液分离得到改性碳纤维；
46.在碳纤维的浸渍处理过程中可以采用增压、升温或者超声的方式提升浸渍效果与浸渍速度；
47.在本发明的一个实施例中，在浸渍过程中，超声频率30khz的条件下超声处理5-10min；
48.本发明通过对陶瓷材料进行改性处理，使陶瓷材料的表面附着有一层金属铜材料，在进行高温烧结时，陶瓷材料表面附着的金属材料与金属基材料具有良好的结合效果，相较于传统的，直接通过将金属基材料与陶瓷材料混合进行高温焙烧的方式，能够提升陶瓷材料与金属基材料的结合强度；
49.陶瓷材料表层的金属材料加能够很好的与金属基材料进行混合，从而降低了制备成型的板锤表面的粗糙程度，从而有效提升成型的板锤表面的耐磨程度，避免板锤表面的陶瓷材料在使用过程中易于出现剥离导致板锤使用周期明显下降的情况；
50.另外，本技术中通过聚碳化硅处理碳纤维，使碳纤维吸附聚碳化硅，然后通过将碳纤维与其它材料均匀混合后进行高压定型以及高温焙烧的处理，在这一过程中，一方面碳纤维本身对成型的板锤起到增强的效果，提升了板锤的强度与韧性，另一方面碳纤维吸附的聚碳化硅在经过高温裂解后形成了碳化硅，提升了碳纤维的耐磨效果。
51.本发明的有益效果：
52.(1)本发明通过对陶瓷材料进行改性处理，使陶瓷材料的表面附着有一层金属铜材料，在进行高温烧结时，陶瓷材料表面附着的金属材料与金属基材料具有良好的结合效果，相较于传统的直接通过将金属基材料与陶瓷材料混合进行高温焙烧的方式，能够提升陶瓷材料与金属基材料的结合强度；
53.(2)陶瓷材料表层的金属材料加能够很好的与金属基材料进行混合，从而降低了制备成型的板锤表面的粗糙程度，从而有效提升成型的板锤表面的耐磨程度，避免板锤表面的陶瓷材料在使用过程中易于出现剥离导致板锤使用周期明显下降的情况；
54.(3)本技术中通过聚碳化硅处理碳纤维，使碳纤维吸附聚碳化硅，然后通过将碳纤维与其它材料均匀混合后进行高压定型以及高温焙烧的处理，在这一过程中，一方面碳纤
维本身对成型的板锤起到增强的效果，提升了板锤的强度与韧性，另一方面碳纤维吸附的聚碳化硅在经过高温裂解后形成了碳化硅，提升了碳纤维的耐磨效果。
具体实施方式
55.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
56.实施例1
57.一种金属基陶瓷耐磨板锤，采用金属基陶瓷耐磨复合材料制备而成，所述金属基陶瓷耐磨复合材料由改性陶瓷材料与金属基材料加工制备而成，其中改性陶瓷材料的体积比为30％；
58.所述金属基材料为钢铁，金属基材料的粒径为0.1-2mm；
59.金属基材料中各化学成分的质量百分比为c：0.8％、cr：6％、ni：2％、s：0.02％、mn：0.4％，其余为fe；
60.所述改性陶瓷材料由陶瓷材料改性制备而成，所述陶瓷材料为氧化铝陶瓷颗粒，所述陶瓷颗粒的粒径为0.1-2mm；
61.所述改性陶瓷材料的制备方法为：
62.s1、陶瓷材料进行除杂清洗；
63.首先通过清水浸泡陶瓷材料10min，然后通过清水冲洗陶瓷材料；
64.然后将经过上一步骤处理后的陶瓷材料加入浓度为15的乙醇水溶液进行超声震荡洗涤；
65.s2、对陶瓷材料进行粗化处理；
66.首先对其进行粗化处理：
67.将清洗过的陶瓷材料沥水后加入酸溶液中超声处理10min；
68.其中酸溶液为ph值3的盐酸溶液；
69.将酸处理后的陶瓷材料加入碱溶液中超声处理10-20min；
70.其中碱溶液为ph值12的氢氧化钠溶液；
71.完成粗化处理的陶瓷材料通过去离子水冲洗后烘干；
72.s3、将经过上一步骤处理得到陶瓷材料加入处理液中浸渍处理，完成浸渍处理的陶瓷基体沥水后进行高温还原处理后得到改性陶瓷材料；
73.所述处理液为硫酸铜、硫酸镍、次亚磷酸钠的混合水溶液，其中硫酸铜与硫酸镍的浓度总和为0.3mol/l，次亚磷酸钠的浓度为硫酸铜与硫酸镍浓度总和的1/4；
74.高温还原处理为在温度150℃的条件下处理40min；
75.处理液的温度设置为45℃，然后在超声频率30khz的条件下超声处理5min；
76.本发明所述的金属基陶瓷耐磨板锤的制备工艺包括如下步骤：
77.第一步，将改性陶瓷材料与金属基材料按照比例混合后加入球磨机中，并向球磨机中加入改性碳纤维，球磨处理后得到基础材料；
78.其中改性碳纤维的重量为金属基材料重量的0.1％；
79.球磨机的球磨条件为转速450r/min，球磨时间为40min；
80.第二步，将上一步骤处理得到的基础材料加入模具中，半干压法压制成型后，在150℃的条件下烘干，得到坯型；
81.第三步，将坯型在气氛保护环境中进行高温烧结。
82.所述改性碳纤维的制备方法为：
83.ss1、将碳纤维加入乙醇水溶液中超声洗涤后，用去离子水冲洗除去碳纤维表面所附着的乙醇，沥水烘干后进入下一处理步骤；
84.乙醇水溶液为体积浓度为30％，超声频率为40khz，超声洗涤时间为10min；
85.ss2、将上一步骤处理后的碳纤维加入酸溶液中超声处理10min；
86.其中酸溶液为ph值3的盐酸溶液；
87.ss3、将酸处理后的碳纤维加入碱溶液中超声处理10-20min；
88.其中碱溶液为ph值12的氢氧化钠溶液；
89.ss4、将聚碳硅烷加入二甲苯中溶解后，向其中加入碳纤维，浸渍处理后固液分离得到改性碳纤维；
90.在本发明的一个实施例中，在浸渍过程中，超声频率30khz的条件下超声处理5-10min。
91.实施例2
92.一种金属基陶瓷耐磨板锤，采用金属基陶瓷耐磨复合材料制备而成，所述金属基陶瓷耐磨复合材料由改性陶瓷材料与金属基材料加工制备而成，其中改性陶瓷材料的体积比为40％；
93.所述金属基材料为钢铁，金属基材料的粒径为0.5-3mm；
94.金属基材料中各化学成分的质量百分比为c：0.8％、cr：6％、ni：2％、s：0.01％、mn：1％，其余为fe；
95.所述改性陶瓷材料由陶瓷材料改性制备而成，所述陶瓷材料为氮化硅陶瓷颗粒，所述陶瓷颗粒的粒径为0.5-3mm；
96.所述改性陶瓷材料的制备方法为：
97.s1、陶瓷材料进行除杂清洗；
98.首先通过清水浸泡陶瓷材料10min，然后通过清水冲洗陶瓷材料，除去陶瓷材料表面附着的以及浅层吸附的不溶性以及水溶性杂质；
99.然后将经过上一步骤处理后的陶瓷材料加入浓度为15％的乙醇水溶液进行超声震荡洗涤，除去陶瓷材料表面附着以及浅层吸附的醇溶性杂质；
100.s2、对陶瓷材料进行粗化处理；
101.首先对其进行粗化处理：
102.将清洗过的陶瓷材料沥水后加入酸溶液中超声处理10min；
103.其中酸溶液为ph值3盐酸溶液；
104.将酸处理后的陶瓷材料加入碱溶液中超声处理10min；
105.其中碱溶液为ph值12的氢氧化钠溶液；
106.完成粗化处理的陶瓷材料通过去离子水冲洗后烘干；
107.s3、将经过上一步骤处理得到陶瓷材料加入处理液中浸渍处理，完成浸渍处理的
陶瓷基体沥水后进行高温还原处理后得到改性陶瓷材料；
108.所述处理液为硫酸铜、硫酸镍、次亚磷酸钠的混合水溶液，其中硫酸铜与硫酸镍的浓度总和为0.5mol/l，次亚磷酸钠的浓度为硫酸铜与硫酸镍浓度总和的1/4；
109.高温还原处理为在温度150℃的条件下处理60min；
110.处理液的温度设置为45℃，然后在超声频率30khz的条件下超声处理5min；
111.本发明所述的金属基陶瓷耐磨板锤的制备工艺包括如下步骤：
112.第一步，将改性陶瓷材料与金属基材料按照比例混合后加入球磨机中，并向球磨机中加入改性碳纤维，球磨处理后得到基础材料；
113.其中改性碳纤维的重量为金属基材料重量的0.04％；
114.球磨机的球磨条件为转速500r/min，球磨时间为60min；
115.第二步，将上一步骤处理得到的基础材料加入模具中，半干压法压制成型后，在120℃的条件下烘干，得到坯型；
116.第三步，将坯型在气氛保护环境中进行高温烧结。
117.所述改性碳纤维的制备方法为：
118.ss1、将碳纤维加入乙醇水溶液中超声洗涤后，用去离子水冲洗除去碳纤维表面所附着的乙醇，沥水烘干后进入下一处理步骤；
119.乙醇水溶液为体积浓度为30％，超声频率为40khz，超声洗涤时间为10min；
120.ss2、将上一步骤处理后的碳纤维加入酸溶液中超声处理20min；
121.其中酸溶液为ph值1的硫酸溶液；
122.ss3、将酸处理后的碳纤维加入碱溶液中超声处理10min，处理结束后通过去离子水冲洗碳纤维以除去碳纤维表面的碱残留；
123.其中碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液；
124.ss4、将聚碳硅烷加入二甲苯中溶解后，向其中加入碳纤维，浸渍处理后固液分离得到改性碳纤维；
125.在碳纤维的浸渍处理过程中可以采用增压、升温或者超声的方式提升浸渍效果与浸渍速度；
126.在浸渍过程中，超声频率30khz的条件下超声处理10min。
127.对比例1
128.对比例1与实施例的不同之处在于，采用未经改性处理的氧化铝陶瓷颗粒作为陶瓷材料。
129.实验数据与结果分析
130.对实施例中的金属基陶瓷耐磨复合材料与改性碳纤维按比例混合后，按照第一步至第三步中的方法制备直径为80mm的球体100个，将其加入球磨机中，在转速400r/min的条件下干磨60min后，对球体的碎球率(一个球的最大块质量小于原球重量的95即为碎球)以及整体的脱离结构质量(即脱离球体的小颗粒块的重量)，结果如下：
131.实施例碎球率％脱离结构质量kg实施例100.13实施例200.22对比例125.37
132.由上述结果可知，本技术所述的金属基陶瓷耐磨板锤具有良好的耐冲击效果，能够显著提升其使用周期。
133.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。