磷酸鋁鉻耐磨材料的制備與研究

王玨，劉洪成，張曉臣

（黑龍江省科學院高技術研究院，哈爾濱150020）

磷酸鋁鉻耐磨材料的制備與研究

王玨，劉洪成，張曉臣

（黑龍江省科學院高技術研究院，哈爾濱150020）

針對煤粉、熱力管道高溫氣體沖蝕及爆管問題，以氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅和磷酸鋁鉻溶液為主要原料，制備了一種磷酸鋁鉻耐磨材料，測試其剪切性能、磨耗量并觀察其微觀形貌。結果表明：磷酸鹽基耐磨材料的室溫剪切強度為3.65MPa，磨耗量為0.30g/cm2。

磷酸鋁鉻溶液；耐磨材料；剪切強度；磨耗量

普通陶瓷材料的成型工藝復雜，升溫條件要求嚴格，因此我們以陶瓷耐磨組分為基體向其中加入磷酸鋁鉻溶液制備出磷酸鋁鉻耐磨材料，磷酸鋁鉻作為無機膠黏劑中的樹脂，使磷酸鋁鉻——氧化鉻——氧化鋁體系具有較好的黏結性能［1］，而且硬化成型反應溫度較低，可以在低溫下與金屬較好的粘合，而且管道類工件在工作過程中受熱，能夠進一步使材料內部燒結，加之耐磨體系中氧化鋯具有硬度大、耐磨性能好等特點，因此我們制得了優良的磷酸鋁鉻耐磨材料，并研究了磷酸鋁鉻耐磨材料的相關性能［2-5］。

1　實驗部分

1.1原料與儀器

磷酸（85%），氧化鋁，重鉻酸鉀，過氧化氫（30%），氧化鋯，石英粉，鋰長石，氧化鎂，氧化鈣，氧化鋅，四氧化三鉛，三聚磷酸鈉，四硼酸鈉；電子恒溫電熱套，精密定時電動攪拌器，電熱鼓風干燥箱，箱式電阻爐，通用材料測試機，示差掃描量熱儀，熱失重分析儀，掃描電子顯微鏡。

1.2磷酸鋁鉻溶液的制備

將磷酸、氧化鋁、重鉻酸鉀混合升溫至140℃反應2.5h，冷卻后加入30%過氧化氫溶液，制得磷酸鋁鉻溶液。

1.3磷酸鋁鉻耐磨材料的制備

將氧化鋁、石英粉、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋅、四氧化三鉛、三聚磷酸鈉、四硼酸鈉、鋰長石共混制備耐磨體系，再加入磷酸鋁鉻溶液搗打最終形成耐磨材料。

2　結果與討論

2.1耐磨材料剪切性能的測試

圖1為含不同比例磷酸鋁鉻溶液耐磨材料的室溫剪切強度測試圖。

圖1　磷酸鋁鉻耐磨材料的剪切強度Fig.1 The shear strength of wearable material with chrome aluminum phosphate solution

由圖1可見，增加磷酸鋁鉻溶液的用量，耐磨材料的剪切強度逐漸上升，室溫剪切強度由空白樣品的1.63MPa上升到添加12%磷酸鋁鉻溶液樣品的3.65MPa；可見加入磷酸鋁鉻溶液后，磷酸鋁鉻耐磨材料的黏結性能有所提高。

2.2耐磨材料磨耗量的測試

圖2為含不同比例磷酸鋁鉻溶液的磨耗量測試圖。

圖2　磷酸鋁鉻耐磨材料的磨耗量Fig.2 The abrasion loss of wearable material with chrome aluminum phosphate solution

由圖2可見，隨著磷酸鋁鉻溶液加入量的增多，磨耗量呈現先增后減的趨勢，添加10%磷酸鋁鉻溶液樣品的磨耗量達到最大為0.32g/cm2，添加12%磷酸鋁鉻溶液后，磨耗量有所下降為0.30g/cm2，這可能是由于磷酸鋁鉻溶液增多后體系黏度增大，氣孔增多，反而不利于材料的穩定性。

2.5磷酸鋁鉻耐磨材料的顯微形貌

圖3 12%磷酸鋁鉻耐磨材料的顯微形貌Fig.3 The microstructure of wearable material with 12%chrome aluminum phosphate solution

圖3為添加12%磷酸鋁鉻溶液耐磨材料的5 000倍斷裂面顯微形貌。

由圖3可見，12%磷酸鋁鉻耐磨材料樣品的顆粒相較少，連續相較多，這是由于磷酸鋁鉻溶液與固體顆粒兩項相溶的結果，斷口形貌凹凸不平，較為粗糙，增加了材料破壞所需的能量，有利于材料的穩定性。

3　結論

加入磷酸鋁鉻溶液的耐磨材料具有較好的黏結性能，隨著磷酸鋁鉻溶液加入量的增多，剪切強度逐漸增大，添加12%磷酸鋁鉻溶液后剪切強度可達3.65MPa，而磨耗量則呈現先增后減的趨勢，最高位0.32g/cm2，磷酸鋁鉻溶液的加入使耐磨材料顆粒相減少，連續相增多，有利于材料的穩定性。

［1］王政閱，徐明霞，梁輝.磷酸鋁鉻粘結劑固化機理的研究［J］.稀有金屬材料與工程，2008，（S1）：565-568.

［2］劉少友，唐文華，蔣天智，等.鉻鋯摻雜磷酸鋁介孔材料低熱固相合成及表征［J］.無機鹽工業，2010，（09）：18-22.

［3］程慶先.磷酸鋁鉻結合的Al2O3-SiC-C質搗打料組成的優化［J］.耐火材料，2010，（01）：44.

［4］常遠，史才軍，楊楠，等.磷酸鎂水泥基材料耐久性研究進展［J］.硅酸鹽學報，2014，（04）：486-493.

［5］別傳玉，桑紹柏，李亞偉，等.燒成與使用氣氛對磷酸鹽結合鉻鋁鋯磚結構與性能的影響［J］.耐火材料，2015，（03）：168-174.

The Preparation and Research of Wearable Material with Chrome Aluminum Phosphate Solution

WANGJue,LIUHong-cheng,ZHANGXiao-chen
(Institute ofAdvanced Technology,HeilongjiangAcademyofSciences,Harbin 150020,China)

A kind of wearable material was prepared using aluminum oxide,zirconium dioxide,silicon dioxide and chrome aluminum phosphate solution as the main rawmaterial for the high temperature gas erosion and burst problem on the pipeline of pulverized coal and heat power.Then we tested its shearing strength,abrasion loss and observed the microstructure.The results showed that its shear strength at room temperature was 3.65MPa,the abrasion loss was 0.30g/cm2.

Chrome aluminumphosphate solution;Wearable material;Shearingstrength;Abrasion loss

TQ174.7

A

1674-8646（2015）09-0028-02

2015-06-25

王玨（1987-），男，黑龍江哈爾濱人，碩士，研究實習員，從事無機非金屬材料研究。