本發(fā)明涉及納米復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種齒輪用納米級(jí)金屬碳化物復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
納米材料是指三維空間中至少有一維處于納米尺度的范圍或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，在納米量級(jí)的范圍內(nèi)，材料的各種限域效應(yīng)能夠引起各種特性發(fā)生相當(dāng)大的改變，這些變化可以提高材料的綜合性能，為發(fā)展新型高性能材料創(chuàng)造了條件。然而，單一的納米晶材料在制備技術(shù)上存在困難，往往不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，許多研究將納米粒子和其他材料復(fù)合成納米復(fù)合材料，這種復(fù)合材料有可能同時(shí)兼顧納米粒子和其他材料的優(yōu)點(diǎn)，具有特殊的性能。齒輪是輪緣上有齒能連續(xù)嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的機(jī)械元件，是能互相嚙合的有齒的機(jī)械零件，需要有良好的耐磨性和強(qiáng)韌性，但齒輪常用的鑄鋼材料硬度低，耐磨性差，磨損消耗嚴(yán)重，不利于推廣使用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述存在的問題，本發(fā)明提出了一種齒輪用納米級(jí)金屬碳化物復(fù)合材料及其制備方法，采用本發(fā)明技術(shù)方案制備的復(fù)合材料可顯著鋼材的耐磨性和抗氧化性，且耐高溫、耐腐蝕，適用范圍廣。
為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案：
一種齒輪用納米級(jí)金屬碳化物復(fù)合材料由以下質(zhì)量份數(shù)制成：介孔二氧化硅15-20份、石墨粉8-12份、金屬粉末5-8份、水性聚氨酯3-7份、二烷基二硫代磷酸鋅1-4份、重質(zhì)碳酸鈣1-3份、稀土氧化物2-3份、γ-巰丙基三甲氧基硅烷2-4份、偶氮異丁腈1-2份。
優(yōu)選的，齒輪用納米級(jí)金屬碳化物法復(fù)合材料由以下質(zhì)量份數(shù)制成：介孔二氧化硅18-20份、石墨粉10-12份、金屬粉末6-8份、水性聚氨酯5-7份、二烷基二硫代磷酸鋅3-4份、重質(zhì)碳酸鈣2-3份、稀土氧化物2.5-3份、γ-巰丙基三甲氧基硅烷3-4份、偶氮異丁腈1.5-2份。
優(yōu)選的，所述石墨粉為天然石墨粉或鱗片石墨粉。
優(yōu)選的，所述金屬粉末由純度≥99％的金屬鈮、鉭、鎢、鈦、鎳組成。
優(yōu)選的，所述稀土氧化物包括氧化鈰、氧化鑭、氧化鈧。
優(yōu)選的，所述介孔二氧化硅孔徑為30-50nm。
優(yōu)選的，齒輪用納米級(jí)金屬碳化物復(fù)合材料的制備方法，制備步驟如下：
1)將石墨粉與金屬粉末共混，于惰性氣體氣氛在高能球磨機(jī)中研磨120-150h，得金屬碳化物，為混合物一；
2)將混合物一、介孔二氧化硅加入水性聚氨酯中，混合均勻后，超聲分散15-20min，然后加入稀土氧化物、γ-巰丙基三甲氧基硅烷和偶氮異丁腈，攪拌，然后在60-70℃恒溫震蕩12h，室溫靜置陳化3-4h，過濾，水洗至中性，置于真空干燥箱干燥得混合物二；
3)將混合物二、重質(zhì)碳酸鈣和二烷基二硫代磷酸鋅共混，在55-60℃攪拌4-5h，干燥，在置于高能球磨機(jī)中研磨10h。
優(yōu)選的，步驟2)中攪拌過程需通入氮?dú)?，具體為轉(zhuǎn)速60-70r/min，時(shí)間10-15min。
由于采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：金屬碳化物具有極高的熔點(diǎn)和硬度，采用高能球磨機(jī)共混研磨可得納米級(jí)的金屬碳化物細(xì)料，然后以介孔二氧化硅為載體填充金屬碳化物，再以稀土、交聯(lián)劑、引發(fā)劑交聯(lián)改性，耐磨性和抗氧化性得到了顯著的提高，耐水性、耐介質(zhì)性和耐高溫性也具有一定的改善，提升了綜合性能。
綜合來說，本發(fā)明通過研磨、混合、超聲、陳化、過濾、干燥等步驟制成，制得的納米級(jí)金屬碳化物復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐磨性和耐候性，機(jī)械性能強(qiáng)，抗氧化性和抗腐蝕性也得到了顯著的提升，適用于齒輪或磨輥等需要高強(qiáng)度、高硬度的材料。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
實(shí)施例1：
一種齒輪用納米級(jí)金屬碳化物復(fù)合材料由以下質(zhì)量份數(shù)制成：介孔二氧化硅16份、石墨粉10份、金屬粉末5份、水性聚氨酯4份、二烷基二硫代磷酸鋅1.2份、重質(zhì)碳酸鈣1.5份、稀土氧化物2.3份、γ-巰丙基三甲氧基硅烷2.5份、偶氮異丁腈1.5份。
齒輪用納米級(jí)金屬碳化物復(fù)合材料的制備方法，制備步驟如下：
1)將石墨粉與金屬粉末共混，于惰性氣體氣氛在高能球磨機(jī)中研磨130h，得金屬碳化物，為混合物一；
2)將混合物一、介孔二氧化硅加入水性聚氨酯中，混合均勻后，超聲分散15min，然后加入稀土氧化物、γ-巰丙基三甲氧基硅烷和偶氮異丁腈，攪拌，攪拌過程需通入氮?dú)?，具體為轉(zhuǎn)速67r/min，時(shí)間12min，然后在65℃恒溫震蕩12h，室溫靜置陳化3.2h，過濾，水洗至中性，置于真空干燥箱干燥得混合物二；
3)將混合物二、重質(zhì)碳酸鈣和二烷基二硫代磷酸鋅共混，在58℃攪拌4.2h，干燥，在置于高能球磨機(jī)中研磨10h。
實(shí)施例2：
一種齒輪用納米級(jí)金屬碳化物復(fù)合材料由以下質(zhì)量份數(shù)制成：介孔二氧化硅20份、石墨粉12份、金屬粉末5.7份、水性聚氨酯6份、二烷基二硫代磷酸鋅2.5份、重質(zhì)碳酸鈣2.2份、稀土氧化物2份、γ-巰丙基三甲氧基硅烷3份、偶氮異丁腈1.2份。
齒輪用納米級(jí)金屬碳化物復(fù)合材料的制備方法，制備步驟如下：
1)將石墨粉與金屬粉末共混，于惰性氣體氣氛在高能球磨機(jī)中研磨145h，得金屬碳化物，為混合物一；
2)將混合物一、介孔二氧化硅加入水性聚氨酯中，混合均勻后，超聲分散16min，然后加入稀土氧化物、γ-巰丙基三甲氧基硅烷和偶氮異丁腈，攪拌，攪拌過程需通入氮?dú)?，具體為轉(zhuǎn)速65r/min，時(shí)間15min，然后70℃恒溫震蕩12h，室溫靜置陳化3.8h，過濾，水洗至中性，置于真空干燥箱干燥得混合物二；
3)將混合物二、重質(zhì)碳酸鈣和二烷基二硫代磷酸鋅共混，在55℃攪拌4.4h，干燥，在置于高能球磨機(jī)中研磨10h。
實(shí)施例3：
一種齒輪用納米級(jí)金屬碳化物復(fù)合材料由以下質(zhì)量份數(shù)制成：介孔二氧化硅18份、石墨粉8份、金屬粉末6.3份、水性聚氨酯5.5份、二烷基二硫代磷酸鋅4份、重質(zhì)碳酸鈣2.5份、稀土氧化物2.5份、γ-巰丙基三甲氧基硅烷3.6份、偶氮異丁腈1.8份。
齒輪用納米級(jí)金屬碳化物復(fù)合材料的制備方法，制備步驟如下：
1)將石墨粉與金屬粉末共混，于惰性氣體氣氛在高能球磨機(jī)中研磨150h，得金屬碳化物，為混合物一；
2)將混合物一、介孔二氧化硅加入水性聚氨酯中，混合均勻后，超聲分散20min，然后加入稀土氧化物、γ-巰丙基三甲氧基硅烷和偶氮異丁腈，攪拌，攪拌過程需通入氮?dú)?，具體為轉(zhuǎn)速66r/min，時(shí)間11min，然后在68℃恒溫震蕩12h，室溫靜置陳化4h，過濾，水洗至中性，置于真空干燥箱干燥得混合物二；
3)將混合物二、重質(zhì)碳酸鈣和二烷基二硫代磷酸鋅共混，在56℃攪拌4h，干燥，在置于高能球磨機(jī)中研磨10h。
實(shí)施例4：
一種齒輪用納米級(jí)金屬碳化物復(fù)合材料由以下質(zhì)量份數(shù)制成：介孔二氧化硅15份、石墨粉9份、金屬粉末6份、水性聚氨酯3份、二烷基二硫代磷酸鋅3.6份、重質(zhì)碳酸鈣3份、稀土氧化物2.6份、γ-巰丙基三甲氧基硅烷4份、偶氮異丁腈1份。
齒輪用納米級(jí)金屬碳化物復(fù)合材料的制備方法，制備步驟如下：
1)將石墨粉與金屬粉末共混，于惰性氣體氣氛在高能球磨機(jī)中研磨120h，得金屬碳化物，為混合物一；
2)將混合物一、介孔二氧化硅加入水性聚氨酯中，混合均勻后，超聲分散18min，然后加入稀土氧化物、γ-巰丙基三甲氧基硅烷和偶氮異丁腈，攪拌，攪拌過程需通入氮?dú)?，具體為轉(zhuǎn)速70r/min，時(shí)間10min，然后在63℃恒溫震蕩12h，室溫靜置陳化3h，過濾，水洗至中性，置于真空干燥箱干燥得混合物二；
3)將混合物二、重質(zhì)碳酸鈣和二烷基二硫代磷酸鋅共混，在60℃攪拌5h，干燥，在置于高能球磨機(jī)中研磨10h。
實(shí)施例5：
一種齒輪用納米級(jí)金屬碳化物復(fù)合材料由以下質(zhì)量份數(shù)制成：介孔二氧化硅17份、石墨粉10.5份、金屬粉末7.5份、水性聚氨酯7份、二烷基二硫代磷酸鋅3份、重質(zhì)碳酸鈣2份、稀土氧化物2.8份、γ-巰丙基三甲氧基硅烷2份、偶氮異丁腈1.6份。
齒輪用納米級(jí)金屬碳化物復(fù)合材料的制備方法，制備步驟如下：
1)將石墨粉與金屬粉末共混，于惰性氣體氣氛在高能球磨機(jī)中研磨135h，得金屬碳化物，為混合物一；
2)將混合物一、介孔二氧化硅加入水性聚氨酯中，混合均勻后，超聲分散15min，然后加入稀土氧化物、γ-巰丙基三甲氧基硅烷和偶氮異丁腈，攪拌，攪拌過程需通入氮?dú)?，具體為轉(zhuǎn)速60r/min，時(shí)間14min，然后在60℃恒溫震蕩12h，室溫靜置陳化3.5h，過濾，水洗至中性，置于真空干燥箱干燥得混合物二；
3)將混合物二、重質(zhì)碳酸鈣和二烷基二硫代磷酸鋅共混，在57℃攪拌4.5h，干燥，在置于高能球磨機(jī)中研磨10h。
實(shí)施例6：
一種齒輪用納米級(jí)金屬碳化物復(fù)合材料由以下質(zhì)量份數(shù)制成：介孔二氧化硅18份、石墨粉11份、金屬粉末8份、水性聚氨酯5份、二烷基二硫代磷酸鋅2份、重質(zhì)碳酸鈣1.8份、稀土氧化物3份、γ-巰丙基三甲氧基硅烷2.2份、偶氮異丁腈2份。
齒輪用納米級(jí)金屬碳化物復(fù)合材料的制備方法，制備步驟如下：
1)將石墨粉與金屬粉末共混，于惰性氣體氣氛在高能球磨機(jī)中研磨125h，得金屬碳化物，為混合物一；
2)將混合物一、介孔二氧化硅加入水性聚氨酯中，混合均勻后，超聲分散17min，然后加入稀土氧化物、γ-巰丙基三甲氧基硅烷和偶氮異丁腈，攪拌，攪拌過程需通入氮?dú)?，具體為轉(zhuǎn)速63r/min，時(shí)間13min，然后在61℃恒溫震蕩12h，室溫靜置陳化3.4h，過濾，水洗至中性，置于真空干燥箱干燥得混合物二；
3)將混合物二、重質(zhì)碳酸鈣和二烷基二硫代磷酸鋅共混，在58℃攪拌4.8h，干燥，在置于高能球磨機(jī)中研磨10h。
實(shí)施例7：
一種齒輪用納米級(jí)金屬碳化物復(fù)合材料由以下質(zhì)量份數(shù)制成：介孔二氧化硅20份、石墨粉11.6份、金屬粉末7份、水性聚氨酯3.5份、二烷基二硫代磷酸鋅1份、重質(zhì)碳酸鈣1份、稀土氧化物2.2份、γ-巰丙基三甲氧基硅烷3.8份、偶氮異丁腈1.5份。
齒輪用納米級(jí)金屬碳化物復(fù)合材料的制備方法，制備步驟如下：
1)將石墨粉與金屬粉末共混，于惰性氣體氣氛在高能球磨機(jī)中研磨140h，得金屬碳化物，為混合物一；
2)將混合物一、介孔二氧化硅加入水性聚氨酯中，混合均勻后，超聲分散19min，然后加入稀土氧化物、γ-巰丙基三甲氧基硅烷和偶氮異丁腈，攪拌，攪拌過程需通入氮?dú)?，具體為轉(zhuǎn)速68r/min，時(shí)間12min，然后在66℃恒溫震蕩12h，室溫靜置陳化3.7h，過濾，水洗至中性，置于真空干燥箱干燥得混合物二；
3)將混合物二、重質(zhì)碳酸鈣和二烷基二硫代磷酸鋅共混，在56℃攪拌4.6h，干燥，在置于高能球磨機(jī)中研磨10h。
以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。