[發明專利]陶瓷增強金屬基耐磨復合材料及制備方法

無效

• 申請號: 201110150159.8
• 申請日: 2011-06-07
• 公開（公告）號: CN102211196A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發明（設計）人: 錢兵
• 申請（專利權）人: 南通高欣金屬陶瓷復合材料有限公司
• 主分類號: B22F7/08
• 分類號: B22F7/08
• 代理公司: 南通市永通專利事務所 32100
• 代理人: 葛雷

技術領域

本發明涉及一種陶瓷增強金屬基耐磨復合材料及制備方法。屬于陶瓷增強金屬基復合材料領域，特別適用于磨煤機磨輥或磨盤，破碎機錘頭，板錘，大型水泥磨輥和磨盤等。

背景技術

磨損是零部件失效的一種基本類型，普遍存在于冶金、礦山、電力、機械、國防、軍工、航空航天等許多工業部門，這造成了材料的極大浪費和能源的巨大消耗。據不完全統計，目前國內每年消耗金屬耐磨材料高達500萬噸以上，其中每年因磨損造成球磨機的鋼球消耗達100萬噸，球磨機和各種破碎機襯板消耗近40萬噸，軋輥消耗近70萬噸，各種工程挖掘機和裝載機斗齒、耐磨輸送管道、破碎機錘頭、履帶板和磨輥、磨盤襯板等消耗超過60萬噸，鐵路道岔和車輪20萬噸，各種模具鋼消耗近150萬噸。

以上數據可知，提高機械設備及零部件的耐磨損性能，可以大大減少能源消耗，提高生產效率。眾所周知，陶瓷具有很高的耐磨損性能，而金屬具有良好的韌性。這些性能很難在同一材料中協調一致，為了解決這一矛盾，使用復合材料是較好的選擇。

陶瓷增強金屬基復合材料能夠將陶瓷的高硬度、高耐磨損性能和金屬基體優良的韌性結合起來，是一種應用廣泛的復合材料。

常見的耐磨鑄件強化主要分為外加顆粒和原位內生成顆粒強化。外加陶瓷顆粒強化方法分為機械攪拌法外加陶瓷顆粒、滲透鑄造法外加陶瓷顆粒、離心鑄造法外加陶瓷顆粒等。

然而，外加陶瓷顆粒鑄造法有三方面弊端：其一是顆粒與基體界面的污染和附著物的產生使基體與增強顆粒結合力降低；其二是增強顆粒的比例受到初始粉末的限制，多數顆粒尺寸都大于1μm，而且顆粒形狀呈尖角對基體有割裂作用；其三是熱力學穩定性差，增強顆粒在高溫下易分解。原位生成陶瓷顆粒法雖然在鑄件與陶瓷潤濕性上得到提高，但存在鑄件耐磨層薄、化學反應的影響因素多、增強相僅為金屬陶瓷等缺陷，也不易于較大耐磨鑄件的制作。

中國發明專利（CN?101585081A）采用粘結劑和特定的模具制作出陶瓷預制體，然后進行澆注，操作簡單，能夠批量生產，但澆注過程中由于金屬和陶瓷熱膨脹系數不同，陶瓷易出現裂紋，特別是氧化物陶瓷裂紋、破碎現象更為明顯，另外，金屬與陶瓷之間的結合是機械結合而不能實現冶金結合。中國發明專利（CN?101898238A）采用金屬粉末與陶瓷顆粒混合連同模具在真空爐燒結爐內進行燒結，金屬粉將陶瓷顆粒粘結在一起形成預制體，將預制體放入鑄型型腔的端面，然后再對預制體進行澆注，形成顆粒增強復合材料。該工藝解決了氧化物陶瓷滲透難的問題，陶瓷顆粒與金屬液結合良好，但工藝仍較復雜，顆粒和金屬結合本質上仍為機械結合。

然而，自熔性合金是指熔點較低、熔融過程中能自行脫氧、造渣，能“潤濕”基材表面而呈現冶金結合的一類合金。合金凝固后，在固溶體中能形成高硬度的彌散強化相，使合金的強度和硬度提高。

目前，絕大多數自熔性合金都是在鐵基、鎳基、鈷基合金中添加適量的硼、硅元素而制成的。硼、硅可降低合金的熔點，并能導致合金的固相和液相之間有較寬的溫度區間，硼、硅元素均可與常見基體材料，如鎳、鈷、鐵等，在高溫下生成低熔點的共晶，使合金熔點大幅度降低，鎳基、鈷基、鐵基自熔性合金的熔點分別為800℃、800℃、1000℃左右。另外，硼、硅元素可提高合金的硬度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工藝簡單、陶瓷與金屬基體之間通過自熔性合金呈冶金結合和高強度咬合的耐磨性能好的陶瓷增強金屬基耐磨復合材料及制作方法。

本發明的技術解決方案是：

一種陶瓷增強金屬基耐磨復合材料，其特征是：包括金屬基耐磨件本體，在金屬基耐磨件本體表面設置多個盲孔，盲孔中設置與金屬基耐磨件本體冶金結合的自熔性合金粉末與陶瓷的燒結體。

所述的金屬基耐磨件材料為高錳鋼、合金鋼、高碳鉻鐵或鎳鉻低合金鑄鐵；所述的盲孔孔型為柱狀、螺紋狀或錐形；所述的自熔性合金粉末為鎳基、鐵基或鈷基自熔性合金；所述的陶瓷顆粒為金屬陶瓷、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷或金剛石。

所述自熔性合金粉末與陶瓷的燒結體是陶瓷棒與自熔性合金粉末燒結體，其中陶瓷棒位于盲孔中心，自熔性合金粉末位于陶瓷棒與盲孔內壁之間，自熔性合金與金屬基耐磨件本體呈冶金結合，與氧化物、氮化物或碳化物陶瓷棒為高強度咬合作用，有效防止陶瓷棒掉落。

陶瓷棒為金屬陶瓷、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷或碳化物陶瓷，陶瓷棒呈柱狀、螺紋狀或錐形結構。

所述自熔性合金粉末與陶瓷的燒結體是自熔性合金粉末與陶瓷顆粒混合物的燒結體，其中陶瓷顆粒與自熔性合金粉末的質量比為1:0.6~1.2，自熔性合金與金屬基耐磨件本體呈冶金結合。