[發明專利]碳化鎢顆粒增強鋼/鐵基復合耐磨板材及其制備工藝

無效

• 申請號: 200710018139.9
• 申請日: 2007-06-27
• 公開（公告）號: CN101078084A
• 公開（公告）日: 2007-11-28
• 發明（設計）人: 許云華;牛立斌;王雙成;彭建洪
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: C22C38/00
• 分類號: C22C38/00;B22D23/04
• 代理公司: 西安創知專利事務所
• 代理人: 劉崇義

技術領域

本發明涉及一種復合耐磨板材的制備工藝，特別是涉及一種碳化鎢顆粒增強鋼/鐵基復合耐磨板材的制備工藝，這種板材主要用在冶金、礦山、電力、石油、建材、煤炭等行業的運行設備的制造中。

背景技術

在冶金、礦山、電力、石油、建材、煤炭等行業的運行設備的制造中，每年需要大量的耐磨材料，但是往往由于設備結構的特殊性，復雜性。用傳統的工藝方法無法生產出所需的設備，不得不采用板材的形式拼焊。到目前為止，由板材拼焊的結構件仍為制造設備方面主要的手段，因此板材的需求量極大。而目前市場上的復合材料耐磨板材，大多采用堆焊耐磨層的形式制備，要批量的生產，必須有專用的設備，成本較高，因此如何降低成本，同時提高材料的綜合性能，成為材料發展的必然。近二十年來，顆粒增強金屬基復合材料受到人們的關注，不但具有金屬塑性、韌性好的特點，而且同時具有陶瓷顆粒的硬度高、剛度大的優點，從而顯示出單一的金屬基體或陶瓷顆粒所不可比擬的優異性能，所以顆粒增強金屬基復合材料一般是作為耐磨、耐蝕、耐熱材料進行開發和應用的。由于其獨特的性能，被譽為“21世紀的材料”。因為材料的磨損失效大多是從表面萌生裂紋和疲勞的，如能將顆粒增強金屬基復合材料運用到材料的表面，獲得表面耐磨性優、芯部塑韌性好的零部件，延長機械零部件的使用壽命，無論對提高生產效率還是節約資源都是非常有益的。

目前金屬基復合材料的研究多集中在鎂、鋁等輕金屬基上，隨著制備工藝的改進和工業應用以及節約資源的要求。鋼/鐵基復合材料的研究已經廣泛展開，由于碳化鎢顆粒的熔點高、硬度高、彈性模量高、高溫強度好易及較好的熱穩定性特點，并且鋼/鐵基對WC的較好的潤濕性，因此碳化鎢顆粒增強鋼/鐵基復合材料，成為近年來新材料研究開發的熱點。

關于碳化鎢顆粒增強金屬基復合板材的工藝較多，但對于板材的復合均存在一定的缺陷。鑄滲法必須考慮如何將硬質相預留與需增強的部位，以及使用樹脂粘結劑，造成工藝復雜，鑄件缺陷較多；真空燒結法對真空的要求較高，較大的工件無法實現；離心鑄造法只適合制備回轉體的工件；而物理化學氣相沉積、電沉積法對于很宏觀厚度的耐磨層不適合。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術的不足，提供一種碳化鎢顆粒增強鋼/鐵基復合材料耐磨板材制備工藝，在制備時不需要粘結劑，所得復合板材不但具有陶瓷顆粒的高硬度、高彈性模量，同時還具有金屬的良好韌性，能大大提高了耐磨板材的抗沖擊磨損性能。

為解決上述技術問題，本發明解決問題的技術方案是這樣的：它由碳化鎢硬質相顆粒和鋼/鐵基韌性相復合而成，碳化鎢顆粒的體積組成比為：-2.5～+2mm∶30～40％；-2～+1mm∶30～40％；-1～+0.3mm∶25～30％，鋼/鐵基體熔化后滲透到碳化鎢硬質相顆粒間隙，冷卻至室溫，得到復合層厚度為4～5?mm的耐磨板材。

本發明要解決的另一個技術問題是，提供一種碳化鎢顆粒增強鋼/鐵基復合材料耐磨板材的制備工藝，使用該工藝制備碳化鎢顆粒增強鋼/鐵基復合材料耐磨板材時不需要粘結劑，采用中頻感應快速加熱熔化基體，復合效率高。

為解決上述技術問題，本發明解決問題的技術方案是這樣的：

該制備工藝包括下述步驟：

(1)、根據所需板材的尺寸制作砂型模，砂型模要壓實；

(2)、將碳化鎢顆粒按體積組成比：-2.5～+2mm∶30～40％；-2～+1mm∶30～40％；-1～+0.3mm∶25～30％，混合并球磨6小時，得到均勻的WC粉末混合物；將WC粉末混合物均勻的鋪覆于砂型槽的底部；

(3)、根據砂型模的尺寸，截取相應長度和寬度的鋼/鐵基韌性金屬板材，并對韌性金屬板材進行鋼球噴丸處理，除去表面的油污和氧化層，然后平放于WC粉末混合物的上面；

(4)、將放置好的砂型置于帶有保護氣氛的感應加熱箱內，將整個砂型與感應器處于相對水平運動狀態，感應加熱使鋼/鐵基板材熔化，滲入到碳化鎢顆粒之間，冷卻后得到復合耐磨板。

本發明為無外壓滲透，步驟(2)WC粉末混合物鋪覆砂型槽的底部的厚度為2～3?mm。步驟(4)所述復合耐磨板耐磨層的厚度為4～5?mm。

為了避免氧化，步驟(4)所述保護氣氛為氮氣。

步驟(4)所述感應電源頻率為6500～7000Hz，功率165～180Kw/h。

步驟(4)所述砂型與感應器相對水平運動狀態的運行速度90～100mm/min。

步驟(4)所述砂型與感應器的間隙距離3～4mm。