[發明專利]一種復合材料預制體的制備工藝

無效

• 申請號: 201010235201.1
• 申請日: 2010-07-23
• 公開（公告）號: CN101899586A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 高義民;史芳杰;戚文軍;農登;李燁飛;鄭開宏;尹宏飛;邢建東;黃勇
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;廣州有色金屬研究院
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C29/00;C22C32/00;B22D19/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于制備顆粒增強鐵基表層復合材料過程中準備預制體的環節，特別涉及一種利用氧化鋁陶瓷顆粒和碳化鎢陶瓷顆粒制備復合材料預制體的工藝。

背景技術

在實際服役過程中，特別是對一般的耐磨件，主要是在特定部位，如構件表面，承受磨損，當這些部位被磨壞或尺寸被磨小時，就會導致整個零件的報廢。因此，為了提高部件的耐磨性，目前的方法是采用鑄滲工藝在部件工作面上制備一層顆粒增強復合材料或在局部制備一層顆粒增強復合材料。這樣具有高耐磨性的復合材料分布在表層，即降低了成本又提高了部件的耐磨性，且部件報廢后復合層也已被磨掉，不會影響金屬基體的回收再利用。

鑄滲工藝制備顆粒增強鐵基表層復合材料，是將作為增強相的陶瓷顆粒預先固定在鑄型型腔的特定位置，然后澆入鐵液，鐵液滲透到其中的間隙中去，最終在鑄件表面形成一層陶瓷顆粒增強鐵基復合材料。幾種典型工藝是普通鑄滲工藝、壓力鑄滲工藝、離心鑄滲工藝和負壓鑄滲工藝。顆粒增強復合材料已開始在耐磨部件生產中開始得到應用，例如，WC顆粒增強軋鋼導位板冶金軋鋼用導位板，其壽命是傳統合金鋼導位板的15倍。

在顆粒增強復合材料的制備過程中，無論是采用的何種鑄滲工藝，陶瓷顆粒預制體的制備是制備復合材料的關鍵環節。目前在制備復合材料時對陶瓷顆粒的處理還存在許多問題，如使用粘結劑或復合劑方法保持預制體形態，易導致復合層厚度不均勻，表面不平整，復合層內存在氣孔和夾渣等缺陷；使用壓力成型的方法保持預制體形態，預制體孔隙率小，不利于鑄滲，只能制備較薄復合層；使用涂覆的方法也要使用大量粘結劑，且制備的復合層較薄。利用與基體材料潤濕性不好的陶瓷顆粒制備復合材料也是一個急需解決的問題，例如氧化鋁、氧化鋯等陶瓷硬度高，價格便宜，如果能夠利用其制備復合材料將具有極大的成本優勢。顆粒增強表層復合材料其表層——也就是復合層，硬度很高，但是韌性較低，在實際工況中使用時表面復合層會因受到沖擊而提前斷裂或剝落，造成部件使用壽命急劇降低。如將復合層不做整層結構布置，而是規律分布在部件表層，其耐磨性不降低，而承受沖擊的能力卻得到提升，增加了部件的使用穩定性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種不使用任何粘結劑就能夠保持預制體的形狀，不會在復合層中產生氣孔和夾渣等缺陷的復合材料預制體的制備工藝。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案一是：

1)首先，將與鐵基合金不浸潤的陶瓷顆粒和金屬粉末用無水乙醇機械混合至均勻得混合物，其中，與鐵基合金不浸潤的陶瓷顆粒和金屬粉末的質量比為1∶0.5～1.5，無水乙醇的加入量為陶瓷顆粒質量的2％-5％；

2)其次，將混合物填入石墨模具中，在80℃下保溫30min將顆粒烘干；

3)最后，將烘干后的顆粒連同石墨模具一起放入真空燒結爐內進行燒結，真空度0.01Pa，燒結溫度1250～1350℃，保溫30～60min，冷卻后陶瓷顆粒鑲嵌在金屬中，整體呈多孔結構的復合材料預制體。

所說的與鐵基合金不浸潤的陶瓷顆粒采用粒徑為8～60目的氧化鋁、BN或TiN。

本發明采用的技術方案二是：

1)首先，將與鐵基合金潤濕的陶瓷顆粒和金屬粉末用無水乙醇機械混合至均勻得混合物，其中，與鐵基合金潤濕的陶瓷顆粒和金屬粉末的質量比為1∶0.02～0.1，無水乙醇的加入量為陶瓷顆粒質量的2％～5％；

2)其次，將混合物填入石墨模具中，在80℃下保溫30min將顆粒烘干；

3)最后，將烘干后的顆粒連同石墨模具一起放入真空燒結爐內進行燒結，真空度0.01Pa，燒結溫度1300～1500℃，保溫30～60min，冷卻后金屬粉末將陶瓷顆粒相互連接在一起，整體呈多孔結構的復合材料預制體。

所說的的與鐵基合金潤濕的陶瓷顆粒采用粒徑為8～60目的WC、SiC、TiC、VC、Cr₃C₂陶瓷顆粒或經機械破碎的硬質合金顆粒。

所說的金屬粉末的粒徑150～400目。

所說的復合材料預制體的形態由所使用的石墨模具決定，所說的石墨模具為柱狀、條狀、塊狀或蜂窩狀。