一種液壓鋼管用石墨烯增強(qiáng)陶瓷內(nèi)襯材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種液壓鋼管用石墨烯增強(qiáng)陶瓷內(nèi)襯材料，由下列重量份的原料制成：純鋁粉54?56、氧化鐵紅159?162、硝酸鈷18?19、氯化鎳18?19、正硅酸乙酯37?38、無水乙醇74?76、納米Y?ZrO2粉10?11.5、四硼酸鈉8.5?9.5、石墨烯7?8、三氟化鈰1.5?2、氧化鑭粉4?5、碳酸鋰1.5?2、醇胺螯合鈦酸酯0.6?0.7、去離子水。本發(fā)明通過對石墨烯進(jìn)行表面改性后添加到材料的制備過程中，能夠均勻地分散在材料中，組織結(jié)構(gòu)均勻，能夠增強(qiáng)材料的強(qiáng)度，同時(shí)與管材基體材料的結(jié)合強(qiáng)度高，不易開裂掉落，且工藝便于工業(yè)控制，效率好，節(jié)能降耗。
【專利說明】
一種液壓鋼管用石墨烯増強(qiáng)陶瓷內(nèi)襯材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種液壓鋼管用石墨烯增強(qiáng)陶瓷內(nèi)襯材料。 【背景技術(shù)】
[0002]液壓系統(tǒng)中使用的管路種類很多，根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力及安裝位置的不同， 選用的有鋼管、紫銅管、橡膠管、尼龍管和塑料管等。這些管路一旦損壞漏油，輕則污染環(huán)境、影響系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮，重則危及安全，本發(fā)明選用液壓鋼管作為研究對象。當(dāng)液壓系統(tǒng)工作時(shí)，液壓管路要承受較高的壓力，再加上壓力不穩(wěn)定產(chǎn)生的交變應(yīng)力、設(shè)備振動而產(chǎn)生的振動應(yīng)力、裝配應(yīng)力等的共同作用，使硬管在材料缺陷處、腐蝕點(diǎn)或損傷處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，管路發(fā)生疲勞破壞斷裂而漏油;還由于液壓系統(tǒng)容易被污染，含有固體污染物的液壓油類似于研磨金屬加工面所使用的研磨劑，增加了油液和管路內(nèi)壁的摩擦。而且通常固體污染物顆粒的硬度比導(dǎo)管內(nèi)壁材料的硬度高得多，這樣就加速了導(dǎo)管內(nèi)壁的磨損，甚至劃傷內(nèi)壁，特別是當(dāng)液體的流速高且不穩(wěn)定時(shí)，就會使導(dǎo)管內(nèi)壁的材料受到?jīng)_擊而剝落。 這些原因很容易造成安全隱患。
[0003]離心自蔓延高溫合成技術(shù)集中了離心鑄造和自蔓延高溫合成技術(shù)的共同優(yōu)點(diǎn)，它具有制造工藝和制造設(shè)備簡單且生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低以及節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。利用離心自蔓延合成技術(shù)在傳統(tǒng)不銹鋼管內(nèi)部制備陶瓷內(nèi)襯材料可使得液壓油油管具有更好的抗腐蝕性能、耐磨損性能以及良好的力學(xué)性能和抗沖擊性能。因而，此種技術(shù)應(yīng)用于液壓油油管內(nèi)襯材料的制備將具有廣闊的市場前景和巨大的經(jīng)濟(jì)社會效益。《液壓油油管陶瓷內(nèi)襯材料的制備及性能研究》一文中以微米鋁粉和微米三氧化二鐵為主要原料，以微米二氧化硅和微米Y-Zr02為添加劑，采用離心自蔓延高溫合成技術(shù)制備了液壓油油管用陶瓷內(nèi)襯材料，所制備的液壓油油管陶瓷內(nèi)襯材料具有良好的韌性、斷裂強(qiáng)度、抗沖擊性等性能。但由于自蔓延反應(yīng)較為激烈，反應(yīng)過程中熱量損耗大，鋼管內(nèi)壁被熔融的厚度有限，導(dǎo)致冶金結(jié)合部分的結(jié)合強(qiáng)度有限以及存在一定的孔隙，這樣對陶瓷層的耐熱性、耐腐蝕性、耐磨性等具有一定的影響，在一些高沖擊的工況下會出現(xiàn)陶瓷涂層脫落的現(xiàn)象，從而影響油管的使用壽命以及安全系數(shù)，需要在原文的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種液壓鋼管用石墨烯增強(qiáng)陶瓷內(nèi)襯材料。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種液壓鋼管用石墨烯增強(qiáng)陶瓷內(nèi)襯材料，由下列重量份的原料制成:純鋁粉54-56、 氧化鐵紅159-162、硝酸鈷18-19、氯化鎳18-19、正硅酸乙酯37-38、無水乙醇74-76、納米Y-Zr02粉10-11.5、四硼酸鈉8.5-9.5、石墨烯7-8、三氟化鈰1.5-2、、氧化鑭粉4-5、碳酸鋰1.5-2、醇胺螯合鈦酸酯0.6-0.7、去離子水。
[0006]根據(jù)權(quán)利要求書1所述一種液壓鋼管用石墨烯增強(qiáng)陶瓷內(nèi)襯材料，由以下具體步驟制成:(1)將硝酸鈷與氯化鎳混合，加入無水乙醇中，攪拌并充分溶解形成混合溶液，然后置于60°C恒溫水浴中，將正硅酸乙酯緩慢地滴加到混合溶液中，水浴加熱至80-90°C，攪拌40-50分鐘至反應(yīng)物粘度增大，形成透明溶膠，靜置于室溫條件下膠化，再將干凝膠放在干燥箱中以80-90 °C的溫度干燥10-12小時(shí)，然后在750-850 °C的條件下對干凝膠進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，保溫 1.5-2小時(shí)，冷卻至室溫后取出研磨，得到復(fù)合粉體，即磁性二氧化硅粉體；(2)將醇胺螯合鈦酸酯溶于12-14倍量的去離子水中，加入石墨烯，攪拌均勻后超聲分散30-40分鐘，然后經(jīng)過噴霧干燥得到改性后的石墨烯粉;將改性后的石墨烯粉放入球磨機(jī)中，加入三氟化鈰、氧化鑭粉，干磨60-90分鐘，得到混合粉末；(3)將步驟(2)得到的混合粉末與納米Y-Zr02粉混合，加入總量3-4倍量的去離子水，攪拌均勻后加入除純鋁粉、氧化鐵紅之外的其余剩余成分，繼續(xù)攪拌30-40分鐘，形成漿料，最后將漿料噴霧干燥，形成納米摻雜混合粉；(4)將鋁粉、氧化鐵紅與步驟(1)得到的磁性二氧化硅粉體、步驟(3)得到的納米摻雜混合粉混合均勻，放入球磨機(jī)中，混合球磨2-3小時(shí)，取出后將其裝入管材中，并將其固定在離心機(jī)上，供氣點(diǎn)火，點(diǎn)火同時(shí)通入氧氣，供氧持續(xù)4-5分鐘，采用離心自蔓延高溫合成技術(shù)在管材內(nèi)壁形成陶瓷內(nèi)襯。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明利用硝酸鈷、氯化鎳等成分與正硅酸乙酯進(jìn)行反應(yīng)，生成包覆鈷、鎳的二氧化硅材料，作為添加劑添加到以鋁粉、氧化鐵紅為主體的反應(yīng)中，使得二氧化硅具有磁性，易與管材進(jìn)行結(jié)合，通過反應(yīng)進(jìn)一步提高與管壁的結(jié)合強(qiáng)度;添加四硼酸鈉，改善了內(nèi)表面光潔度，同時(shí)孔隙率顯著降低;添加適量的納米Y-Zr02粉，在反應(yīng)過程中會彌散在生成物三氧化二鋁中，不僅可以提高陶瓷內(nèi)襯材料的斷裂韌性值和抗沖擊性能， 同時(shí)可大幅提高陶瓷內(nèi)襯的耐磨性能。
[0008]本發(fā)明通過對石墨烯進(jìn)行表面改性后添加到材料的制備過程中，能夠均勻地分散在材料中，組織結(jié)構(gòu)均勻，能夠增強(qiáng)材料的強(qiáng)度，同時(shí)與管材基體材料的結(jié)合強(qiáng)度高，不易開裂掉落，且工藝便于工業(yè)控制，效率好，節(jié)能降耗?！揪唧w實(shí)施方式】
[0009]—種液壓鋼管用石墨烯增強(qiáng)陶瓷內(nèi)襯材料，由下列重量份(公斤)的原料制成:純鋁粉54、氧化鐵紅159、硝酸鈷18、氯化鎳18、正硅酸乙酯37、無水乙醇74、納米YZr02粉10、四硼酸鈉8.5、石墨烯7、三氟化鈰1.5、、氧化鑭粉4、碳酸鋰1.5、醇胺螯合鈦酸酯0.6、去離子水。
[0010]根據(jù)權(quán)利要求書1所述一種液壓鋼管用石墨烯增強(qiáng)陶瓷內(nèi)襯材料，由以下具體步驟制成:(1)將硝酸鈷與氯化鎳混合，加入無水乙醇中，攪拌并充分溶解形成混合溶液，然后置于60°C恒溫水浴中，將正硅酸乙酯緩慢地滴加到混合溶液中，水浴加熱至80°C，攪拌40分鐘至反應(yīng)物粘度增大，形成透明溶膠，靜置于室溫條件下膠化，再將干凝膠放在干燥箱中以80 °C的溫度干燥10小時(shí)，然后在750°C的條件下對干凝膠進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，保溫1.5小時(shí)，冷卻至室溫后取出研磨，得到復(fù)合粉體，即磁性二氧化硅粉體；(2)將醇胺螯合鈦酸酯溶于12倍量的去離子水中，加入石墨烯，攪拌均勻后超聲分散30分鐘，然后經(jīng)過噴霧干燥得到改性后的石墨烯粉;將改性后的石墨烯粉放入球磨機(jī)中，加入三氟化鈰、氧化鑭粉，干磨60分鐘，得到混合粉末；(3)將步驟(2)得到的混合粉末與納米YZr02粉混合，加入總量3倍量的去離子水，攪拌均勻后加入除純鋁粉、氧化鐵紅之外的其余剩余成分，繼續(xù)攪拌30分鐘，形成漿料，最后將漿料噴霧干燥，形成納米摻雜混合粉；(4)將鋁粉、氧化鐵紅與步驟(1)得到的磁性二氧化硅粉體、步驟(3)得到的納米摻雜混合粉混合均勻，放入球磨機(jī)中，混合球磨2小時(shí)，取出后將其裝入管材中，并將其固定在離心機(jī)上，供氣點(diǎn)火，點(diǎn)火同時(shí)通入氧氣，供氧持續(xù)4分鐘，采用離心自蔓延高溫合成技術(shù)在管材內(nèi)壁形成陶瓷內(nèi)襯。[0〇11 ] 本發(fā)明材料經(jīng)過測試，硬度值為1288HV，孔隙率為4.4%，斷裂韌性值為5.51 MPa ?m1/2。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種液壓鋼管用石墨烯增強(qiáng)陶瓷內(nèi)襯材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成: 純鋁粉54-56、氧化鐵紅159-162、硝酸鈷18-19、氯化鎳18-19、正硅酸乙酯37-38、無水乙醇 74-76、納米Y-Zr02粉10-11.5、四硼酸鈉8.5-9.5、石墨烯7-8、三氟化鈰1.5-2、、氧化鑭粉4-5、碳酸鋰1.5-2、醇胺螯合鈦酸酯0.6-0.7、去離子水。2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述一種液壓鋼管用石墨烯增強(qiáng)陶瓷內(nèi)襯材料，其特征在于，由以 下具體步驟制成:(1)將硝酸鈷與氯化鎳混合，加入無水乙醇中，攪拌并充分溶解形成混合溶液，然后置 于60°C恒溫水浴中，將正硅酸乙酯緩慢地滴加到混合溶液中，水浴加熱至80-90°C，攪拌40-50分鐘至反應(yīng)物粘度增大，形成透明溶膠，靜置于室溫條件下膠化，再將干凝膠放在干燥箱 中以80-90 °C的溫度干燥10-12小時(shí)，然后在750-850 °C的條件下對干凝膠進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，保溫 1.5-2小時(shí)，冷卻至室溫后取出研磨，得到復(fù)合粉體，即磁性二氧化硅粉體；(2)將醇胺螯合鈦酸酯溶于12-14倍量的去離子水中，加入石墨烯，攪拌均勻后超聲分 散30-40分鐘，然后經(jīng)過噴霧干燥得到改性后的石墨烯粉;將改性后的石墨烯粉放入球磨機(jī) 中，加入三氟化鈰、氧化鑭粉，干磨60-90分鐘，得到混合粉末；(3)將步驟(2)得到的混合粉末與納米Y-Zr02粉混合，加入總量3-4倍量的去離子水，攪 拌均勻后加入除純鋁粉、氧化鐵紅之外的其余剩余成分，繼續(xù)攪拌30-40分鐘，形成漿料，最 后將漿料噴霧干燥，形成納米摻雜混合粉；(4)將鋁粉、氧化鐵紅與步驟(1)得到的磁性二氧化硅粉體、步驟(3)得到的納米摻雜混 合粉混合均勻，放入球磨機(jī)中，混合球磨2-3小時(shí)，取出后將其裝入管材中，并將其固定在離 心機(jī)上，供氣點(diǎn)火，點(diǎn)火同時(shí)通入氧氣，供氧持續(xù)4-5分鐘，采用離心自蔓延高溫合成技術(shù)在 管材內(nèi)壁形成陶瓷內(nèi)襯。
【文檔編號】C22C29/12GK105983689SQ201511012901
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年12月31日
【發(fā)明人】高恒東
【申請人】蕪湖市創(chuàng)源新材料有限公司