专利名称：一种橡胶中镶嵌耐磨合金的复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种在橡胶基体上镶嵌耐磨合金的复合材料及其制备方法，属于复合 材料技术领域。
背景技术：
在冶金、电力、建材、机械、化工等行业，耐磨橡胶和耐磨合金常被用于制作 耐磨部件，如耐磨衬板、输送带、管道等。橡胶比金属的弹性形变大，弹性模量极小；橡胶的 泊松比比金属的大，形变时体积几乎不变。橡胶不仅广泛用于车辆轮胎的制造，而且也用于 贮仓、漏斗、滑槽等装置耐磨部件的制造。申请号为93111075. 0的发明专利“轻重负荷型冷 料用超耐磨橡胶衬板及制造方法”，以天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶为胶料，选用适量的 活化剂、促进剂、软化剂、老化剂、硫化剂、增塑剂、补强剂和补强填充剂为配合剂，按合理的 配方和加料顺序、工艺过程制造出了耐磨衬板。申请号为94211291. 1的实用新型专利“一 种输送带”，在橡胶内设有金属网骨架，该金属网骨架的主要作用是保证输送带在300°C高 温下不变形、不断裂。申请号为200710179841. 3发明专利“一种耐磨橡胶复合材料的制备 方法”，采用石墨改性技术，发明了石墨/橡胶复合材料，制备出了性能优异、低摩擦系数、高 耐磨性的橡胶复合材料。橡胶耐磨衬板具有成本低、重量轻、易安装、维修方便、寿命长、韧 性和塑性好、耐冲击等优点。目前，耐磨合金在抗磨损方面应用十分广泛。常采用铸造或者堆焊技术用金属材 料制造耐磨衬板，如中国专利公开号为CN1099075A的发明专利公开了采用铸造方法生产 高强度高铬铸铁衬板的方法。堆焊技术则是将耐磨材料熔敷到低碳钢等基板上制成复合耐 磨钢板，如1996年《焊接技术》杂志刊登的论文“加粉堆焊工艺及耐磨堆焊复合钢板的应 用”，介绍了复合耐磨钢板的一种制备技术。一般认为，材料的耐磨性随着其硬度的增大而 提高，但增大硬度往往使金属的韧性、塑性显著下降，难以用于承受冲击载荷的工况。一般耐磨橡胶的硬度远低于耐磨合金，但耐磨橡胶具有良好的韧性和塑性，使其 具有优异的耐冲击性能。耐磨合金具有较高的硬度，表现出良好的耐磨性能，如高铬铸铁合 金是抗磨料磨损性能优异的材料，但其抗冲击性能较差。如果把耐磨橡胶和耐磨合金两者 结合起来制成复合材料，可以充分发挥两者各自的优点，达到既耐磨，又抗冲击的目的。随着机械零部件使用工况的日益苛刻，如高冲击磨损、腐蚀磨损等，对低成本、使 用方便、生产效率高、性能优异的耐磨材料的需求也更加迫切。
发明内容
基于现有耐磨橡胶抗磨性能不如耐磨合金，但其韧性、塑性好，比重小；耐磨合金 抗冲击性能差，比重大，施工不方便，但其具有良好抗磨性能的特点。本发明提供了一种橡 胶中镶嵌耐磨合金的复合材料及其制备方法。该种复合材料利用了两种材料各自的优点， 具有既耐磨，又抗冲击的优点。
本发明采用如下技术方案
一种橡胶中镶嵌金属的耐磨复合材料，它包括橡胶基板，所述的橡胶基板上设有若干 个盲孔，在盲孔内镶嵌有与盲孔尺寸相匹配的耐磨合金块，橡胶基板与耐磨合金块采用紧 配合或者粘接连接。耐磨合金块的磨损面称为工作面。所述橡胶基板上设有与其相接的螺栓或螺母或钢板，或者橡胶基板内设有台阶通 孔。所述的耐磨合金块为旋转体或者多面体或者旋转体与多面体的组合体，旋转体 包括圆台、圆柱、球体、半球体、圆锥以及上述旋转体的组合体，多面体包括棱台、棱柱、棱 锥。旋转体优选圆台或圆柱，多面体优选棱台或棱柱。为了提高耐磨合金块与橡胶的结合 强度，对与橡胶接触的耐磨合金块的整个表面可以进行如下处理保持原几何体的表面形 状，或者在耐磨合金块表面上加工出凹槽，或者加工出一些凹坑。以上所述凹槽的深度为 0. 5mnT3. 0mm,宽度不超过5mm，相邻两凹槽距离不超过10mm，凹槽横截面的形状为长方形、 梯形、三角形、半圆形之一，凹槽与耐磨合金块工作面的夹角为0° 30°。以上所述凹坑 的深度为0. 5mnT3. 0mm,体积不超过100立方毫米，凹坑横截面的形状为长方形、梯形、三角 形、半圆形之一，其在耐磨合金块表面任意分布。所述耐磨合金块的化学成分(质量百分比)为
1)高铬合金铸铁:C为2. 09Γ5. 5%、Mn不超过3. 5%、Si不超过3. 5%、Cr为12. 0% 35. 0%、V不超过8. 5%, Ni不超过8. 0%、Mo不超过6. 5%、W不超过18. 0%、B不超过4. 0%、余 量为Fe ；
或2)高铬钢=C为0. 1% 0· 70%、Si不超过1. 5%,Cr为8. 0% 18. 0%、Ni不超过6. 0%、 Mo不超过3. 0%、W不超过2. 5%、Nb不超过0. 6%、B不超过1. 5%、余量为Fe ；
或3)马氏体合金铸铁C为2. 19Γ5. 0%、Cr不超过6. 5%、Mo不超过5. 5%、W不超过 15. 0%、余量为Fe ；
或 4)高速钢C 为 0. 6% 1. 5%、Cr 为 3. 6% 5. 6%、V 为 0. 9% 1. 6%、W 为 15. 0% 20. 0%、余量为Fe ；
或5) Cr-W-Mo热稳定钢C为0. 1°/Γθ. 6%、Mn不超过2. 5%、Si不超过1. 2%、Cr不超过 6. 0%、Mo 为 0. 2% 2. 8%、V 不超过 1. 0%、W 为 0. 25% 11· 0%、余量为 Fe ；
或 6)普通低、中合金钢C 为 0. 3°/Γ . 2%、Μη 为 0. 3°/Γ5. 0%、Si 为 0. 1°/Γ . 2%、Cr 不超过 5. 0%、Mo不超过3. 0%、余量为Fe。上述1) 6)所列的六种耐磨合金块的成分除了以上要求的合金元素之外，允许 含有一定量的作为杂质存在的其他合金元素，其含量以不影响耐磨合金块的性能为原则。所述橡胶基板厚度为3mm 50mm，盲孔深度小于基板厚度，橡胶基板选用天然橡 胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、聚氨酯橡胶中的一种或 多种。所述橡胶基板优选丁苯橡胶或顺丁橡胶或丁腈橡胶。橡胶基板的长度和宽度根据使 用工况的需要可以任意确定。所述盲孔的横截面为圆形或多边形或其他规则形状，横截面面积不小于4平方毫 米，相邻盲孔边缘之间的最小距离不小于0. 8mm。耐磨合金块的高度为2mnT48mm，不小于橡 胶基板盲孔的深度，体积不小于8立方毫米。橡胶中镶嵌金属的耐磨复合材料的制备方法，它的步骤为(1)制备耐磨合金块，根据耐磨合金块的成分和尺寸要求，采用已有的铸造技术、或者 粉末冶金技术、或者堆焊技术、或者冷拔轧制技术制备出耐磨合金块坯料，再用机械加工方 法加工到要求尺寸，并根据需要可在耐磨合金块的表面加工出凹槽或者凹坑；
(2)耐磨合金块及螺栓或螺母或钢板的处理，对于制备的耐磨合金块以及所需的螺栓或螺母或钢板，在它们所有与橡胶接触的表面，按照现有的喷砂工艺或者酸洗工艺或者机 械加工方法进行处理，除去表面的杂质、污物，然后用化学清洗剂清洗表面，化学清洗剂优 选汽油，清洗清洁后自然晾干1(Γ30分钟，或用风机吹干；
经以上处理的耐磨合金块以及所需的螺栓或螺母或钢板，在它们所有与橡胶接触的表 面上，根据需要均勻涂上热硫化粘接剂，或者不涂热硫化粘接剂直接使用；
涂热硫化粘接剂时，涂两遍，每遍涂后在室温下凉置2(Γ40分钟，粘接剂涂层总厚度为 ImnTlOOmm ；
所述热硫化粘接剂可以选用树脂型粘接剂，或者橡胶型粘接剂，或者由树脂型粘接剂、 橡胶型粘接剂配成的复合型粘接剂，优先选用的热硫化粘合剂为聚异氰酸酯胶；
(3)选择生产橡胶的原料，按照现有的橡胶生产工艺进行塑炼、混炼、压延后获得半成 品原料，即胶料，然后进行硫化；在硫化的工艺过程中，在橡胶中嵌入步骤(2)得到的耐磨 合金块，并根据需要嵌入步骤(2)处理的螺栓或螺母，或者硫化上与橡胶中镶嵌金属的耐磨 复合材料工作面大小相同的钢板；
(4)将步骤(3)得到的镶嵌有耐磨合金块和螺栓或螺母，或者硫化上钢板的橡胶板，进 行表面清理后，即制得成品。上述步骤(3)中硫化工艺采用现有的室温硫化法或者现有的热硫化法，优选热硫 化法；热硫化法在加热的同时加压，可以获得结构致密、无气泡、表面光滑的橡胶产品；力口 压的热硫化工艺在压力机上完成，使用模具定型，模具有上模具和下模具；先把步骤(2)处 理的螺栓或螺母或钢板放置到下模具预定位置上，再把半成品胶料放入下模具中，然后将 步骤(2)得到的耐磨合金块，放置到胶料上表面的预定位置，盖上上模具。把模具推入压力 机的平板间，上、下两平板压紧进行硫化。或者，在胶料上根据耐磨合金块和螺栓或螺母的 设置位置，钻与耐磨合金块尺寸和螺栓或螺母匹配的盲孔，把耐磨合金块和螺栓或螺母置 入盲孔内，然后将其放入下模具中，盖上上模具。把模具推入压力机的平板间，上、下两平板 压紧进行硫化。硫化按现有的工艺进行。硫化结束后，耐磨合金块和螺栓或螺母就在所加 压力作用下，镶嵌到橡胶中，或者钢板硫化到橡胶板的下表面上。当复合材料设有台阶通孔 时，采用已有工艺，在橡胶的硫化工艺过程中，直接采用模具加工出来，模具的形状为阶梯 轴状，根据台阶通孔的位置，将阶梯轴模具放置到下模具的预定位置，然后放入胶料，再按 上述工艺硫化；或者硫化结束后，采用钻床在橡胶中镶嵌耐磨合金块的复合材料的预定位 置钻出台阶通孔，根据台阶通孔的直径选择钻头，先钻出小直径的孔，再钻出大直径的孔， 大、小直径孔的深度根据设计要求确定。本发明所述橡胶中镶嵌耐磨合金块金属的复合材料，其应用和实施具有如下明显 效果
(1)橡胶中镶嵌耐磨合金块金属的复合材料，既有橡胶材料韧塑性好，抗冲击的优点， 又有金属材料硬度高，耐磨性能优良的长处。可用于承受较大冲击载荷的工况，克服了高耐 磨性金属材料不耐冲击的弊端；(2)采用特殊结构设计的耐磨合金块，硫化粘接剂在橡胶的生产过程中实现金属与橡 胶的粘接，两者的结合强度高，使用时不容易脱落；
(3)本发明的橡胶中镶嵌耐磨合金块的复合材料与纯金属耐磨材料相比，具有重量轻， 容易安装的优点，特别适合现场安装；
(4)本发明的橡胶中镶嵌耐磨合金块的复合材料可以通过螺栓、螺母、钢板机械连接到其他构件上，也可以采用粘接剂与其他构件连接，安装方便快捷。
图1为橡胶中镶嵌圆台状耐磨合金块复合材料(板材)的上表面(耐磨工作面)； 图2为橡胶中镶嵌圆台状耐磨合金块复合材料(板材)的局部剖视图。图3为橡胶中镶嵌圆柱状耐磨合金块复合材料(板材)的水平局部剖视图； 图4为橡胶中镶嵌圆柱状耐磨合金块复合材料(板材)的纵向局部剖视图5为橡胶中镶嵌圆柱状耐磨合金块复合材料(板材)的横向局部剖视图； 图6为与其他构件采用螺栓连接的结构图，其中上表面为耐磨工作面； 图7为与其他构件采用螺母连接的结构图，其中上表面为耐磨工作面； 图8为与其他构件采用台阶通孔连接的结构图，其中上表面为耐磨工作面。图9为安装有与其他构件连接用钢板的结构图，其中上表面为耐磨工作面。其中1耐磨合金块，2橡胶基板，3螺栓，4螺母，5台阶通孔，6上表面，7下表面，8 钢板。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。图1、图2中，橡胶中镶嵌金属的耐磨复合材料包括橡胶基板2，橡胶基板2上开设 有若干个盲孔，橡胶基板盲孔开孔的一面为上表面6，盲孔不开孔的一面为下表面7。在盲 孔内镶嵌有与盲孔尺寸相匹配的耐磨合金块1，橡胶基板2与耐磨合金块1采用紧配合或者 粘接连接，耐磨合金块横截面面积最大的部位位于橡胶板内部，或者在与橡胶接触的耐磨 合金块的侧面加工上凹槽或者凹坑，在硫化阶段，这些凹槽或凹坑就会被嵌入橡胶，从结构 上防止耐磨合金块脱落。橡胶基板2厚度为3mnT50mm，盲孔深度小于橡胶基板2的厚度。 橡胶基板2选用天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、 聚氨酯橡胶中的一种，或者选用将上述橡胶的两种或两种以上混炼后的橡胶。橡胶基板2 优选丁苯橡胶或顺丁橡胶或丁腈橡胶。基板的长度和宽度根据使用工况的需要可以任意确 定。盲孔的横截面为圆形或多边形或其他规则形状，盲孔横截面面积不小于4平方毫米，相 邻盲孔边缘之间的最小距离不小于0. 8mm。耐磨合金块的材质选用上述的高铬合金铸铁，高 铬钢，马氏体合金铸铁，高速钢，Cr-W-Mo热稳定钢，普通低、中合金钢中的一种。耐磨合金 块为旋转体或者多面体或者旋转体与多面体的组合体，耐磨合金块的高度为2mnT48mm，不 小于橡胶基板盲孔的深度，体积不小于8立方毫米。本发明的橡胶中镶嵌耐磨合金块的复 合材料并不仅限于板材，也适合于其他形状，如圆管、弧面板等，改变形状的橡胶中镶嵌耐 磨合金块的复合材料也在本专利的保护范围之内。实施例1 (1)制备耐磨合金块
采用已有精密铸造技术制备耐磨合金块，耐磨合金块1的几何体为正圆台，正圆台的 下底面直径为10mm，上底面直径为7mm，高度为10mm。耐磨合金块1的材质为高铬合金铸 铁，其化学成分(质量百分比)为3. 8%C、0. 5%Mn、l. 2%Si、22. 0%Cr、l. 8%V、余量为Fe ；
(2)耐磨合金块和螺母的处理对步骤(1)制备的耐磨合金块表面按照现有的 喷砂工艺 进行处理，除去耐磨合金块表面的杂质、污物，然后用汽油清洗耐磨合金块表面，清洗清洁 后自然晾干20分钟；
在上述制备的耐磨合金块表面均勻涂上聚异氰酸酯胶热硫化粘接剂，涂两遍，每遍涂 后在室温下凉置30分钟，粘接剂涂层厚度30mm ；
选用4个M16标准螺母，将螺母的侧面用机械加工的方法加工到与垂直面呈30°角，对 侧面按已有工艺进行喷砂处理，除去其表面的杂质、污物，然后用汽油清洗，自然晾干20分 钟，与橡胶接触的螺母表面上，均勻涂上聚异氰酸酯胶热硫化粘接剂，涂两遍，每遍涂后在 室温下凉置25分钟，粘接剂涂层厚度为30mm ；
(3)选用丁苯橡胶为基板，橡胶基板的设计长度和宽度分别为305mm、200mm，厚度为 25mm,连接螺母的中心到橡胶基板长边和短边的距离均为25mm。根据橡胶基板的尺寸，按已 有技术设计硫化的模具。根据现有的橡胶生产技术和工艺选择生产橡胶的原料，进行塑炼、 混炼、压延后获得半成品原料，即胶料，然后进行硫化；把步骤(2)处理的4个螺母放置到下 模具上，横截面大的朝上，其中心到模具长边和短边的距离均为25mm。再把半成品胶料放 入下模具中，胶料的多少根据橡胶基板的厚度确定，然后将步骤(2)制备的耐磨合金块260 个，均勻放置到胶料上表面，合金块圆台的上底面朝上，合金块中心线之间的距离为15mm。 盖上上模具。把模具推入压力机的平板间，上、下两平板压紧，按现有工艺进行硫化。硫化 结束后，耐磨合金块和螺母就在所加压力作用下，镶嵌到橡胶中。(4)将步骤(3)制备的镶嵌有耐磨合金块和螺母的橡胶基板，进行表面清理后，即 制得成品。实施例2
(1)制备耐磨合金块
采用已有精密铸造技术制备耐磨合金块，耐磨合金块1的几何体为圆柱，圆柱的直径 为12mm，高度为12mm。耐磨合金块1的材质为高铬钢，其化学成分(质量百分比)为0. 3%C、 0. 7%Si、15. 0%Cr、0. 8%Ni、0. 6%Mo、余量为 Fe。(2)耐磨合金块和螺栓的处理，对步骤(1)制备的耐磨合金块，用车床采用现有 的车削工艺车削所有表面，加工成直径11mm，高度IOmm的圆柱体，除去耐磨合金块表面的 杂质、污物，然后用汽油清洗耐磨合金块表面，清洗清洁后自然晾干10分钟。在上述制备的耐磨合金块表面均勻涂上聚异氰酸酯胶热硫化粘接剂，涂两遍，每 遍涂后在室温下凉置20分钟，粘接剂涂层厚度50mm ；
选用4个M16 X 60标准螺栓，将螺栓头的侧面采用车床，用车削加工方法加工到与垂直 面呈35°角，加工后螺栓头横截面面积小的位于螺杆一侧，除去其表面的杂质、污物，然后 用汽油清洗，自然晾干20分钟，在与橡胶接触的螺栓表面上，均勻涂上聚异氰酸酯胶热硫 化粘接剂，涂两遍，每遍涂后在室温下凉置20分钟，粘接剂涂层厚度为50mm ；
(3)选用顺丁橡胶为基板，橡胶基板的设计长度和宽度分别为304mm、304mm，厚度为30mm，连接螺栓的中心线到橡胶基板长边和短边的距离均为28mm。根据橡胶基板的尺寸，按已有技术设计硫化的模具。根据现有的橡胶生产技术和工艺选择生产橡胶的原料，进行 塑炼、混炼、压延后获得半成品原料，即胶料，然后进行硫化；把步骤(2)得到的4个螺栓放 置到下模具上，螺杆朝下插入模具的孔内，这样可以使螺杆在硫化结束后，不被橡胶包覆。 螺栓中心到模具长边和短边的距离均为28mm。再把半成品胶料放入下模具中，胶料的多少 根据橡胶基板的厚度确定，然后将步骤(2)得到的耐磨合金块400个，均勻放置到胶料上表 面，圆柱轴线垂直胶料上表面，合金块中心线之间的距离为15mm，盖上上模具。把模具推入 压力机的平板间，上、下两平板压紧，按现有工艺进行硫化。硫化结束后，耐磨合金块和螺栓 就在所加压力作用下，镶嵌到橡胶中；
(4)将步骤(3)制备的镶嵌有耐磨合金块和螺栓的橡胶基板，进行表面清理后，即制得 成品。实施例3
(1)制备耐磨合金块
采用已有冷拔技术制备耐磨合金块坯料，坯料为线材，直径为10mm，矫直后切断为长 度50mm的圆柱体。耐磨合金块1的材质为普通低、中合金钢，其化学成分(质量百分比)为 0. 35%C、0. 8%Mn、0. 4%Si、0. 3%Cr、0. 2%Mo、余量为 Fe ；
(2)耐磨合金块的处理对步骤(1)制备的耐磨合金块，按照现有的喷砂工艺进行处理， 除去耐磨合金块1表面的杂质、污物，然后用丙酮清洗耐磨合金块表面，清洗后用风机吹 干；
(3)选用丁基橡胶为基板，橡胶基板的设计长度和宽度分别为335mm、305mm，厚度为 20mm,根据橡胶基板的尺寸，按已有技术设计硫化的模具；根据现有的橡胶生产技术和工艺 选择生产橡胶的原料，进行塑炼、混炼、压延后获得半成品原料，即胶料，然后进行硫化。把 半成品胶料放入下模具中，胶料的多少根据橡胶基板的厚度确定，然后将步骤(2)制备的耐 磨合金块120个，均勻放置到胶料上表面，圆柱轴线平行于胶料上表面，合金块中心线之间 的距离为15mm，轴线方向相邻圆柱合金块端面的最小距离为5mm，盖上上模具，把模具推入 压力机的平板间，上、下两平板压紧，按现有工艺进行硫化。硫化结束后，耐磨合金块在所加 压力作用下，镶嵌到橡胶中；
(4)将步骤(3)制备的橡胶中镶嵌有耐磨合金块的复合材料，进行表面清理后，即制得 成品。该实施例制备的橡胶中镶嵌有耐磨合金块的复合材料可以采用粘接剂粘接到构件表 面，作为耐磨衬板使用；也可以作为物料输送带使用。实施例4
(1)制备耐磨合金块
采用已有粉末冶金技术制备耐磨合金块，耐磨合金块1的几何体为正四棱台，正四棱 台的下底面为边长为12mm的正方形，上底面为边长8mm的正方形，高度为6mm。耐磨合金块 1的材质为高速钢，其化学成分(质量百分比)为0. 9%C、4. l%Cr、l. 2%V、18. 0%W、余为Fe ；
(2)耐磨合金块的处理对步骤(1)制备的耐磨合金块表面，按照现有的喷砂工艺进行 处理，除去耐磨合金块表面的杂质、污物，然后用汽油清洗耐磨合金块表面，清洗清洁后自 然晾干30分钟；
在上述制备的耐磨合金块表面均勻涂上酚醛_环氧胶粘接剂XY502，该粘接剂属于树脂型粘接剂；涂两遍，每遍涂后在室温下凉置20分钟，粘接剂涂层厚度IOmm ；
(3)选用天然橡胶和氯丁橡胶各占50%的混炼胶为基板，橡胶基板的设计长度和宽度 分别为454mm、364mm，厚度为40mm ；采用台阶通孔与其他构件连接，台阶通孔的中心线距橡 胶板长边和短边的距离均为25mm，台阶通孔的孔径分别为40mm和18mm，直径40mm孔的高 度为30mm，直径18mm孔的高度为10mm，根据橡胶基板的尺寸，按已有技术设计硫化的模具。 根据现有的橡胶生产技术和工艺选择生产橡胶的原料，进行塑炼、混炼、压延后获得半成品 原料，即胶料；把半成品胶料放入下模具中，胶料的多少根据橡胶基板的厚度确定，然后将 步骤(2)制备的耐磨合金块300个，均勻放置到胶料上表面，正四棱台的上底面朝上，正四 棱台的轴线垂直胶料上表面，轴线之间的距离为18mm。盖上上模具，把模具推入压力机的平 板间，上、下两平板压紧，按现有工艺进行硫化，同时通过模具直接制作出台阶通孔；硫化结 束后，耐磨合金块在所加压力作用下，镶嵌到橡胶中；
(4) 将步骤(3)制备的镶嵌有耐磨合金块的复合板，进行表面清理后，即制得成品。实施例5
(1)制备耐磨合金块
采用已有精密铸造技术制备耐磨合金块，耐磨合金块1的几何体为正圆台，正圆台的 下底面直径为10mm，上底面直径为7mm，高度为10mm。在正圆台的侧面采用现有的精密铸造 模具铸造出凹槽，凹槽的深度为1. Omm,宽度为4mm，相邻两凹槽距离为8mm，凹槽横截面的 形状为长方形，凹槽与圆台上表面的夹角为0°，凹槽在圆台的侧面均勻分布。耐磨合金块 1的材质为马氏体合金铸铁，其化学成分(质量百分比)为，3. 5%C、5. 5%Cr、2. 8%Mo、2. 2%W、余 量为Fe ；
(2)耐磨合金块和螺母的处理对步骤(1)制备的耐磨合金块表面按照现有的喷砂工艺 进行处理，除去耐磨合金块表面的杂质、污物，然后用汽油清洗耐磨合金块表面，清洗清洁 后自然晾干20分钟；
在上述制备的耐磨合金块表面均勻涂上聚异氰酸酯胶热硫化粘接剂，涂两遍，每遍涂 后在室温下凉置30分钟，粘接剂涂层厚度30mm ；
选用4个M16标准螺母，将螺母的侧面用机械加工的方法加工到与垂直面呈30°角，对 侧面按已有工艺进行喷砂处理，除去其表面的杂质、污物，然后用汽油清洗，自然晾干20分 钟，与橡胶接触的螺母表面上，均勻涂上聚异氰酸酯胶热硫化粘接剂，涂两遍，每遍涂后在 室温下凉置25分钟，粘接剂涂层厚度为30mm ；
(3)选用丁苯橡胶为基板，橡胶基板的设计长度和宽度分别为305mm、200mm，厚度为 25mm，连接螺母的中心到橡胶基板长边和短边的距离均为25mm。根据橡胶基板的尺寸，按 已有技术设计硫化的模具。根据现有的橡胶生产技术和工艺选择生产橡胶的原料，进行塑 炼、混炼、压延后获得半成品原料，即胶料，然后进行硫化；把步骤(2)处理的4个螺母放置 到下模具上，横截面面积大的朝上，其中心到模具长边和短边的距离均为25mm。再把半成品 胶料放入下模具中，胶料的多少根据橡胶基板的厚度确定，然后将步骤(2)制备的耐磨合 金块260个，均勻放置到胶料上表面，合金块圆台的上底面朝上，合金块中心线之间的距离 为15mm。盖上上模具。把模具推入压力机的平板间，上、下两平板压紧，按现有工艺进行硫 化。硫化结束后，耐磨合金块和螺母就在所加压力作用下，镶嵌到橡胶中。(4)将步骤(3)制备的镶嵌有耐磨合金块和螺母的橡胶基板，进行表面清理后，即制得成品。实施例6
(1)制备耐磨合金块
采用已有堆焊技术制备耐磨合金块。选用厚度为8mm的Q345钢板，选择市售的焊条， 焊条熔敷金属的化学成分(质量百分比)为，C为0. 45%,Mn为1. 5%、Si为0. 5%、Cr为3. 1%、 Mo为1. 8%、V为0. 5%、W为6. 0%、余量为Fe，熔敷金属属于Cr-W-Mo热稳定钢。用以上焊条， 在8mm厚、长宽分别为2m和Im的Q345钢板上，采用现有的工艺堆焊4mm的耐磨合金层，获 得总厚度为12mm复合钢板。用现有的等离子切割工艺，在复合钢板上切割出圆柱体，圆柱 的直径16mm，高度为12mm，圆柱体的轴线垂直于复合钢板表面。(2)耐磨合金块和螺栓的处理，对步骤(1)制备的耐磨合金块，用车床采用现有 的车削工艺车削圆柱状耐磨合金块的侧面，加工成直径12mm，高度12mm的圆柱体，并在侧 面车削出一个M12的螺旋线糟。车削加工除去耐磨合金块表面的杂质、污物，然后用汽油清 洗耐磨合金块表面，清洗清洁后自然晾干10分钟。在上述制备的耐磨合金块表面均勻涂上聚异氰酸酯胶热硫化粘接剂，涂两遍，每 遍涂后在室温下凉置20分钟，粘接剂涂层厚度50mm ；
选用4个M16 X 60标准螺栓，将螺栓头的侧面采用车床，用车削加工方法加工到与垂直 面呈35°角，加工后螺栓头横截面面积小的位于螺杆一侧，除去其表面的杂质、污物，然后 用汽油清洗，自然晾干20分钟，在与橡胶接触的螺栓表面上，均勻涂上聚异氰酸酯胶热硫 化粘接剂，涂两遍，每遍涂后在室温下凉置20分钟，粘接剂涂层厚度为50mm ；
(3)选用顺丁橡胶为基板，橡胶基板的设计长度和宽度分别为304mm、304mm，厚度为 30mm，连接螺栓的中心线到橡胶基板长边和短边的距离均为28mm。根据橡胶基板的尺寸， 按已有技术设计硫化的模具。根据现有的橡胶生产技术和工艺选择生产橡胶的原料，进行 塑炼、混炼、压延后获得半成品原料，即胶料，然后进行硫化；把步骤(2)得到的4个螺栓放 置到下模具上，螺杆朝下插入模具的孔内，这样可以使螺杆在硫化结束后，不被橡胶包覆。 螺栓中心到模具长边和短边的距离均为28mm。再把半成品胶料放入下模具中，胶料的多少 根据橡胶基板的厚度确定，然后将步骤(2)得到的耐磨合金块400个，均勻放置到胶料上表 面，圆柱轴线垂直胶料上表面，合金块中心线之间的距离为15mm，盖上上模具。把模具推入 压力机的平板间，上、下两平板压紧，按现有工艺进行硫化。硫化结束后，耐磨合金块和螺栓 就在所加压力作用下，镶嵌到橡胶中；
(4)将步骤(3)制备的镶嵌有耐磨合金块和螺栓的橡胶基板，进行表面清理后，即制得 成品。实施例7
(1)制备耐磨合金块
采用已有堆焊技术制备耐磨合金块。选用厚度为8mm的Q195钢板，选择市售的药芯焊丝，药芯焊丝熔敷金属的化学成分(质量百分比)为，C为3. 5%、Mn为1. 0%、Si为1. 5%、Cr为 26. 5%、V为2. 2%、余量为Fe，熔敷金属属于高铬合金铸铁。用以上药芯焊丝，在8mm厚、长 宽分别为2m和Im的Q195钢板上，采用现有的工艺堆焊4mm的耐磨合金层，获得总厚度为 12mm复合钢板。用现有的等离子切割工艺，在复合钢板上切割出正四棱台状耐磨合金块，正 四棱台的下底面为边长120mm的正方形，上底面为边长IOOmm的正方形。
(2)耐磨合金块和钢板的处理，对步骤(1)制备的耐磨合金块和边长为660mm、厚 度为12mm的正方形Q345钢板，按照现有的喷砂工艺进行处理，除去耐磨合金块1和Q345钢 板表面的杂质、污物，然后用汽油清洗耐磨合金块和Q345钢板表面，清洗后自然晾干10分钟。在上述制备的与橡胶接触的耐磨合金块1的表面和Q345钢板的表面均勻涂上聚 异氰酸酯胶热硫化粘接剂，涂两遍，每遍涂后在室温下凉置20分钟，粘接剂涂层厚度50mm ； (3)选用氯丁橡胶为基板，橡胶基板的设计长度和宽度分别为660mm、270mm，厚度为 25mm。根据橡胶基板的尺寸，按已有技术设计硫化的模具。根据现有的橡胶生产技术和工 艺选择生产橡胶的原料，进行塑炼、混炼、压延后获得半成品原料，即胶料，然后进行硫化； 把步骤(2)得到的钢板放置到下模具上，涂有热硫化粘接剂的表面朝上。再把半成品胶料 放入下模具中，胶料的多少根据橡胶基板的厚度确定，然后将步骤(2)制备的耐磨合金块 10个，均勻放置到胶料上表面，合金块正四棱台的上底面朝上，合金块中心线之间的距离为 130mm，合金块到模具边缘的最小距离为10mm。把模具推入压力机的平板间，上、下两平板 压紧，按现有工艺进行硫化。硫化结束后，耐磨合金块就在所加压力作用下，镶嵌到橡胶中。 Q345钢板与橡胶板的下表面连为一体。(4)将步骤(3)制备的镶嵌有耐磨合金块、下表面粘接有钢板的橡胶基板，进行表 面清理后，即制得成品。
权利要求
一种橡胶中镶嵌金属的耐磨复合材料，其特征是，它包括橡胶基板，所述橡胶基板上设有若干个盲孔，在盲孔内镶嵌有与盲孔尺寸相匹配的耐磨合金块，橡胶基板与耐磨合金块采用紧配合或者粘接连接。
2.按照权利要求1所述的橡胶中镶嵌金属的耐磨复合材料，其特征是，所述橡胶基板 上设有与其相接的螺栓或螺母或钢板，或者橡胶基板内设有台阶通孔。
3.按照权利要求1所述的橡胶中镶嵌金属的耐磨复合材料，其特征是，所述的耐磨合 金块为旋转体或多面体或者旋转体与多面体的组合体。
4.按照权利要求3所述的橡胶中镶嵌金属的耐磨复合材料，其特征是，所述的旋转体 为圆台体或圆柱体或侧面带有凹坑的圆台体或者侧面带有凹坑的圆柱体或侧面带有凹槽 的圆台体或者侧面带有凹槽的圆柱体；所述凹坑的深度为0. 5mm 3. 0mm，体积不超过100 立方毫米，凹坑横截面的形状为长方形、梯形、三角形、半圆形之一，其在耐磨合金块表面任 意分布；所述凹槽的深度为0. 5mm 3. Omm,宽度不超过5mm，相邻两凹槽距离不超过10mm， 凹槽横截面的形状为长方形或梯形或三角形或半圆形，凹槽与耐磨合金工作面的夹角为 0° 30° 。
5.按照权利要求1或3或4所述的橡胶中镶嵌金属的耐磨复合材料，其特征是，所述的 耐磨合金块的材料为高铬合金铸铁或高铬钢或马氏体合金铸铁或高速钢或Cr-W-Mo热稳 定钢或普通低、中合金钢。
6.按照权利要求5所述的橡胶中镶嵌金属的耐磨复合材料，其特征是，所述的高铬合金铸铁的质量百分比组成为C为2. 0% 5. 5%、Mn不超过3. 5%、Si不 超过3. 5%、Cr为12. 0% 35. 0%、V不超过8. 5%, Ni不超过8. 0%、Mo不超过6. 5%、W不超过 18. 0%、B不超过4. 0%、余量为Fe ；所述的高铬钢的质量百分比组成为C为0. 1% 0. 70%,Si不超过1. 5%、Cr为8. 0% 18. 0%、Ni不超过6. 0%、Mo不超过3. 0%、W不超过2. 5%、Nb不超过0. 6%、B不超过1. 5%、余 量为Fe ；所述的马氏体合金铸铁的质量百分比组成为C为2. 1% 5. 0%、Cr不超过6. 5%、Mo 不超过5. 5%、W不超过15. 0%、余量为Fe ；所述的高速钢的质量百分比组成为C为0. 6% 1. 5%、Cr为3. 6% 5. 6%、V为0. 9% 1. 6%、W 为 15. 0% 20. 0%、余量为 Fe ；所述的Cr-W-Mo热稳定钢的质量百分比组成为C为0. 1% 0. 6%、Mn不超过2. 5%、Si 不超过1. 2%, Cr不超过6. 0%、Mo为0. 2% 2. 8%、V不超过1. 0%、W为0. 25% 11. 0%、余量 为Fe ；所述的普通低、中合金钢质量百分比组成为C为0. 3% 1. 2%、Mn为0. 3% 5. 0%、Si 为0. 1% 1. 2%、Cr不超过5. 0%、Mo不超过3. 0%、余量为Fe。
7.按照权利要求1所述的橡胶中镶嵌金属的耐磨复合材料，其特征是，所述橡胶基板 厚度为3mm 50mm，橡胶基板选用天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、丁 基橡胶、乙丙橡胶、聚氨酯橡胶中的一种或多种。
8. 一种橡胶中镶嵌金属的耐磨复合材料的制备方法，其特征是，它的步骤为(1)制备耐磨合金块，根据耐磨合金块的成分和尺寸要求，先制备出耐磨合金块坯料， 再用机械加工方法加工到要求尺寸；(2)耐磨合金块及螺栓或螺母或钢板的处理，对于制备的耐磨合金块以及所需的螺栓、 螺母、钢板，在它们所有与橡胶接触的表面除杂、清洗并晾干；在上述处理的耐磨合金块表 面以及螺栓、螺母、钢板与橡胶接触的表面均勻涂上热硫化粘接剂备用，或者不涂热硫化粘 接剂直接备用；(3)选择生产橡胶的原料，进行塑炼、混炼、压延后获得半成品原料，即胶料，然后进行 硫化，硫化的工艺过程中，在橡胶中嵌入步骤(2)得到的耐磨合金块，并根据需要嵌入步骤 (2)处理的螺栓或螺母，或者在橡胶板的下表面硫化上钢板；(4)将步骤(3)得到的镶嵌有耐磨合金块的橡胶基板，进行表面清理后，即制得成品。
9.按照权利要求8所述的橡胶中镶嵌金属的耐磨复合材料的制备方法，其特征是，步 骤(2)耐磨合金块涂热硫化粘接剂时，涂两遍，每遍涂后在室温下凉置20 40分钟，粘接 剂涂层总厚度Imm 100mm。
10.按照权利要求8所述的橡胶中镶嵌金属的耐磨复合材料的制备方法，其特征是，步 骤(2)所述的热硫化粘接剂选用树脂型粘接剂或者橡胶型粘接剂或者两者的复合型粘接 剂。
全文摘要
本发明公开了一种橡胶中镶嵌耐磨合金的复合材料及其制备方法，该种材料在橡胶基板上设有若干个盲孔，在盲孔内镶嵌有与盲孔尺寸相匹配的耐磨合金块。在橡胶的硫化工艺过程中，在橡胶中嵌入预处理的耐磨合金块，橡胶与耐磨合金块采用紧配合或者粘接连接。本发明复合材料既有橡胶材料韧塑性好，抗冲击的优点，又有金属材料硬度高，耐磨性能优良的长处。可用于承受较大冲击载荷的工况，克服了高耐磨性金属材料不耐冲击的弊端。
文档编号C08L23/22GK101817941SQ20101016561
公开日2010年9月1日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者孙俊生, 孙逸群, 李宁洋 申请人:山东大学