[發明專利]一種蜂窩狀結構耐磨復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210100293.1
• 申請日: 2012-03-28
• 公開（公告）號: CN102673027A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 鮑崇高;孔維民;侯書增;李曙生;王崇高
• 申請（專利權）人: 泰州市永昌冶金科技有限公司
• 主分類號: B32B3/12
• 分類號: B32B3/12;B32B1/06;B23P15/00;B23K1/008
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所屬技術領域：

本發明屬于耐磨復合材料制造技術領域，涉及一種蜂窩狀結構耐磨復合材料及其制備方法。

背景技術：

磨損不僅引起設備零部件失效，導致工件更換和維修頻繁、設備工作效率低下，而且消耗了大量的金屬材料和能源。大多數磨料磨損場合耐磨部件既承受著嚴重的磨損也承受著一定程度的交變應力或沖擊載荷的作用。因此，耐磨件要求既要有較高硬度，又要具有一定的韌性；單一金屬材料制備的耐磨件很難滿足這一要求。表層(局部)強化復合材料(耐磨涂層、陶瓷顆粒增強復合材料、雙金屬復合材料)雖然在一定程度上滿足了“強韌”匹配的要求，提高了耐磨件的壽命，但仍然存在一些缺點和不足，如復合耐磨層較薄、韌性較差、與基體結合不牢固等等。在實際使用時復合層會因受到沖擊或交變載荷而提前開裂和剝落，從而導致部件使用壽命急劇下降。

蜂窩狀結構表層(局部)耐磨復合材料是指，在復合材料的工作表層中增強相(單一材料或復合材料)和韌性基體之間均勻交替分布，在宏觀上構成蜂窩狀結構。該種結構一方面有利于復合材料的制備，增加復合層的厚度，另一方面減小了由于基體和增強相間的物理、化學性能的不匹配而產生的不良影響，增強了復合層與基體之間的結合強度，從而可以大大提高耐磨件的使用壽命。

由于蜂窩狀結構復合層在保證零件耐磨性的同時，大大提高了其韌性，實現了材料的“強韌”配合，目前已受到國內外耐磨領域的企業和研究人員的高度重視，如：比利時馬克托公司生產的復合磨輥(US?2007184235(A1))，西安交通大學鑄造所生產的耐磨復合材料(CN?101898238?A，CN?101269411?B，CN101898239?A，CN?101899586?A)，廣州有色金屬研究院生產的耐磨零件(CN101899585A)。這些復合材料表層的蜂窩狀結構都是脆、硬的增強相連續而韌性好的基體相不連續，裂紋容易產生和擴展。此外，這些復合材料都是先制備蜂窩狀陶瓷預制體(增強相)，然后通過負壓鑄滲工藝與鐵基合金復合而成。該方法存在預制體制備工藝復雜，工藝穩定性差，質量難以保證的缺點。因此，對復合材料的蜂窩狀結構進行優化設計，開發工藝簡單、成本低廉、工藝穩定性好的新的制備技術勢在必行。

發明內容：

本發明的目的在于克服上述缺點，對復合材料表層蜂窩狀結構進行優化設計，提供一種蜂窩狀結構耐磨復合材料及其制備方法。

為了達到上述目的，本發明采取的蜂窩狀結構耐磨復合材料的制備方法即為熔燒釬焊法，該方法首先是對復合材料的表層采用B型蜂窩狀結構設計，在基本零件工作面的表層加工規則排列的孔，將200目左右的粒狀釬料或自熔合金粉末和陶瓷顆粒混合均勻后填入基體零件工作面預先加工好的孔里，再將上述處理好的零件放入加熱爐中進行熔燒釬焊從而制得蜂窩狀結構耐磨復合材料。

附圖說明：

圖1A型蜂窩狀結構復合材料示意圖。

圖2B型蜂窩狀結構復合材料示意圖。

圖中(1)為復合材料基體，(2)為增強相(陶瓷顆粒+釬料)。

本發明的具體實施方式是：

1.對復合材料表層蜂窩狀結構進行優化設計。目前蜂窩狀結構都采用A型結構(見附圖1)，A型結構中脆、硬的增強相連續，而韌性好的基體不連續，顯然此結構裂紋容易產生和擴展。本發明蜂窩狀結構采用B型結構(見附圖2)，B型結構中脆、硬的增強相不連續，而韌性好的基體相連續，該結構裂紋不易產生，而且韌性好的連續基體可以有效阻止裂紋的擴展。

2.首先制備基體零件，然后在零件工作面(表層)加工規則排列的孔。孔的大小、深淺、形狀、排列方式以及所占的體積分數可根據耐磨零件的使用工況來定。

3.根據耐磨件的使用工況購買或自制200目左右的粒狀釬料(或自熔合金粉末)。釬料的熔點應低于基體材料的熔點，最好與基體的熱處理溫度相當或略高于該溫度。

4.把陶瓷顆粒和釬料混合均勻后填入基體零件工作面預先加工好的孔里，并壓實。要求陶瓷顆粒與釬料有良好的潤濕性，若兩者潤濕性不好則需要預先對陶瓷顆粒表面進行改性處理。

5.隨后把上述處理好的零件放入加熱爐中進行熔燒釬焊。熔燒溫度高于釬料熔點約50℃。加熱爐可以使用真空爐、氫氣爐、氣氛保護爐、鹽浴爐或普通加熱爐等。若用普通加熱爐，加熱前需要對填滿混合料的孔進行封口，防止氧化，封口材料可用石墨、水玻璃或氧化鋁粉。

6.復合材料的熔燒釬焊工藝可以同基體材料的熱處理工藝同時進行，比如熔燒釬焊的加熱溫度，保溫時間，冷卻速度等可以根據基體材料的熱處理工藝制定。