一种耐磨钢球及其制备方法与流程

本技术涉及钢件，更具体地说，它涉及一种耐磨钢球及其制备方法。

背景技术：

1、钢球根据生产加工工艺分为研磨钢球，锻造钢球，铸造钢球；根据加工材料分为轴承钢球，不锈钢球，碳钢球，铜轴承钢球球，合金钢球等；其中研磨钢球主要用于球磨机，球磨机能够对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨。球磨机主要适用于粉磨各种矿石及其它物料，被广泛用于选矿，建材及化工等行业。

2、钢球作为球磨机中的主要研磨介质，钢球在生产过程中起着对物料破碎研磨的作用。由于钢球需要对物料进行破碎研磨，长时间使用后，会导致钢球磨损较多，影响研磨效果，因此急需开发一种耐磨性更好的钢球。

技术实现思路

1、为了提高钢球的耐磨效果，本技术提供一种耐磨钢球及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种耐磨钢球及其制备方法，采用如下的技术方案：

3、包括钢球和包裹在所述钢球表面的耐磨层；

4、钢球包括以下重量份的原料：刨花铁55-60份、生铁25-30份、铬铁10-13份、硅铁7-8份、锰铁3-5份；

5、耐磨层包括以下重量份的原料：25-30份聚酰胺复合树脂、100-120份环己烷、5-7份改性玻璃纤维、4-8份改性纳米金刚石和1-1.5份植酸。

6、通过采用上述技术方案，本技术中的钢球在制备过程中加入铬铁，铬是碳化物形成元素，cr熔于奥氏体中强化基体且不降低韧性，推迟过冷奥氏体转变，增加钢球的淬透性，cr使钢球的强度和硬度明显提高，此外cr还能细化晶粒，提高回火稳定性，本技术中的钢球在制备过程中加入锰铁，锰是提高淬透性、扩大奥氏体区的一种有效元素，其作用一是脱氧，二是强化基体和碳化物，提高钢球硬度；本技术种的钢球在制备过程中加入硅铁，硅铁是炼钢工业中必不可少的脱氧剂，可以沉淀脱氧和扩散脱氧在钢中加入一定量的硅，可显著提高钢的强度、硬度和弹性；因此，本技术钢球的制备过程采用不同的合金配合，提高钢球硬度，从而提高钢球的耐磨性；

7、本技术还在钢球外表包裹耐磨层，进一步提高钢球的耐磨性能，本技术采用聚酰胺复合树脂作为基体树脂制备耐磨层，主要是由于聚酰胺树脂的耐磨性较好、机械性能好和自滑动性能好并且与钢铁基体的结合性强，本技术对聚酰胺树脂进行改性，进一步提高聚酰胺树脂的耐磨性能以及与钢球基体的连接性；本技术采用改性玻璃纤维和改性纳米金刚石作为增强填料填充在聚酰胺复合树脂中，玻璃纤维是一种性能非常好的增强纤维，纳米金刚石也是硬度非常大的纳米粉末，纳米金刚石能够填充在玻璃纤维之间的缝隙中，将玻璃纤维连接起来，形成强度大并且牢固的三维骨架，进一步提高聚酰胺复合树脂的强度和耐磨性，从而提高钢球的强度和耐磨性；本技术耐磨层中还添加有植酸，植酸是一种多齿螯合剂，含有大量羟基和磷酸基，能够与金属基体形成稳定的络合物，进一步提高耐磨层与钢球的结合性，从而提高耐磨层的耐磨性；

8、综上所述，本技术采用不同的合金配合，提高钢球硬度，从而提高钢球的耐磨性，本技术还采用聚酰胺复合树脂作为耐磨层，并且填充玻璃纤维和纳米金刚石作为增强材料，进一步提高钢球的耐磨性能，本技术耐磨层中还添加有植酸，能够与钢铁基体形成稳定的络合物，进一步提高耐磨层与钢球的结合性。

9、优选的，所述改性玻璃纤维和改性纳米金刚石的质量比为(5.5-6)：(4.2-4.8)。

10、通过采用上述技术方案，改性玻璃纤维和改性纳米金刚石的质量比为(5.5-6)：(4.2-4.8)时，两者形成的三维骨架更加稳固，能够进一步发挥协同作用，提高钢球耐磨性能。

11、优选的，所所述聚酰胺复合树脂包括10-20份聚四氟乙烯树脂、1-3份钛酸酯偶联剂和80-100份聚酰胺树脂。

12、通过采用上述技术方案，本技术采用聚四氟乙烯树脂和钛酸酯偶联剂改性聚酰胺树脂，聚四氟乙烯树脂改性聚酰胺树脂，能够显著提高聚酰胺树脂的耐磨性能，钛酸酯偶联剂能够提高聚四氟乙烯树脂与聚酰胺树脂的结合性，还能提高耐磨层与钢铁基体的结合性，还能提高树脂体系与玻璃纤维以及无机填料的结合，使得形成的三维骨架更加牢固，三者配合使用形成的耐磨层力学性能好并且强度大。

13、优选的，所述聚四氟乙烯树脂、钛酸酯偶联剂和聚酰胺树脂的质量比为(15-18)：(1-2)：(85-90)。

14、通过采用上述技术方案，聚四氟乙烯树脂、钛酸酯偶联剂和聚酰胺树脂的质量比在上述范围内，能够进一步发挥协同作用，进一步提高耐磨层的耐磨性。

15、优选的，所述改性纳米金刚石的制备方法包括以下步骤：将纳米金刚石分散于水中制成质量分数为5-7％的悬浮液，并超声分散10-15min，然后向悬浮液中加入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，在40-50℃的温度下搅拌20-24h，再以4000-4200r/min的转速离心5-8min，之后洗涤沉淀物4-5次，再在40-50℃的温度下，干燥20-24h，研磨，得到改性纳米金刚石；其中甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与纳米金刚石的重量比为1:(100-120)。

16、通过采用上述技术方案，本技术采用甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵作为改性剂对纳米金刚石进行改性处理，提高了纳米金刚石在耐磨层中的分散性，同时，改善了基体树脂、纳米金刚石、玻璃纤维等组分之间的相容性，从而提高了耐磨层的力学性能和耐磨性。

17、优选的，所述钢球负载耐磨层前，还经过预处理，包括以下步骤：

18、s1:使用浓度为30-40％的naoh碱液在对金属表面清洗10-20min，捞出；

19、s2:使用超声波对金属表面进行除油，除油完毕后使用清水对金属表面进行清洗，捞出；

20、s3:再使用浓度为10-12％的hcl对金属表面进行1～2min的活化处理，用清水清洗后捞出，干燥，得到预处理钢球。

21、通过采用上述技术方案，本技术采用上述步骤对钢球表面进行清理和活化，能够增强钢球与耐磨层之间的结合性，从而提高钢球的耐磨性能。

22、优选的，所述改性玻璃纤维的制备包括以下步骤：

23、s1:取浓度为1-2％的乙醇水溶液和γ―氨丙基三乙氧基硅烷，制备偶联剂kh550溶液，乙醇水溶液与γ―氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为(50-100):1；

24、s2：向偶联剂kh550溶液加入玻璃纤维，浸泡0.2-2h后，取出玻璃纤维，烘干，得到改性玻璃纤维。

25、通过采用上述技术方案，本技术采用γ―氨丙基三乙氧基硅烷改性玻璃纤维，能够增强玻璃纤维与基体树脂以及钢球的结合，除此之外，γ-氨丙基三乙氧基硅烷还可水解形成硅羟基，硅羟基与植酸上的羟基发生化学键合，进一步提高耐磨层的耐磨性能。

26、第二方面，本技术提供一种耐磨钢球的制备方法采用如下的技术方案：

27、一种耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：

28、s1:制备钢球：将刨花铁、生铁、铬铁、硅铁、锰铁混合熔炼，放在1300-1500℃的温度下熔炼，然后倒入模具中成型，成型时间为10-20min，自然冷却后得到钢球；

29、s2:配制镀膜液：将聚酰胺复合树脂、改性玻璃纤维、环己烷、改性纳米金刚石和植酸混合，得到镀膜液；

30、s3:制备耐磨钢球：将钢球浸入镀膜液，捞出，固化，得到耐磨钢球。

31、综上所述，本技术具有以下有益效果：

32、1、本技术采用不同的合金配合，提高钢球硬度，从而提高钢球的耐磨性，本技术还采用聚酰胺复合树脂作为耐磨层，并且填充玻璃纤维和纳米金刚石作为增强材料，进一步提高钢球的耐磨性能，本技术耐磨层中还添加有植酸，植酸是一种多齿螯合剂，含有大量羟基和磷酸基，能够与金属基体形成稳定的络合物，进一步提高耐磨层与钢球的结合性。

33、2、本技术采用聚四氟乙烯树脂和钛酸酯偶联剂改性聚酰胺树脂，聚四氟乙烯树脂改性聚酰胺树脂，能够显著提高聚酰胺树脂的耐磨性能，钛酸酯偶联剂能够提高聚四氟乙烯树脂与聚酰胺树脂的结合性，还能提高耐磨层与钢铁基体的结合性，还能提高树脂体系与玻璃纤维以及无机填料的结合，使得形成的三维骨架更加牢固，三者配合使用形成的耐磨层力学性能好并且强度大。

34、3、本技术采用γ―氨丙基三乙氧基硅烷改性玻璃纤维，能够增强玻璃纤维与基体树脂以及钢球的结合，除此之外，γ-氨丙基三乙氧基硅烷还可水解形成硅羟基，硅羟基与植酸上的羟基发生化学键合，进一步提高耐磨层的耐磨性能。

35、原料来源

36、纳米金刚石来自郑州金特超硬材料有限公司，型号w40；

37、玻璃纤维为无碱玻璃纤维，长度为1-5mm；

38、钛酸酯偶联剂均来自信科化学科技有限公司，型号xk；

39、刨花铁，铁含量60％；

40、生铁，铁含量95％；

41、硅铁，平均粒径1-3mm,硅含量75％；

42、锰铁，平均粒径10-20mm,锰含量40％；

43、铬铁，平均粒径1-3mm,铬含量50％；

44、植酸来自黄山市兴诚植酸有限公司；

45、聚四氟乙烯树脂来自苏州点辉塑胶原料有限公司，牌号df-331z；

46、聚酰胺树脂来自美国杜邦，牌号sts01。