[發明專利]一種氧化鋁金屬陶瓷增強鐵基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201210365829.2
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN102861905A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 康聞端;劉磊;丁洪錄;康毅忠
• 申請（專利權）人: 康聞端;劉磊;丁洪錄;康毅忠
• 主分類號: B22D19/02
• 分類號: B22D19/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及金屬基陶瓷復合材料的制備技術領域，具體是一種氧化鋁金屬陶瓷增強鐵基復合材料的制備方法。

背景技術

金屬陶瓷作為一種陶瓷-金屬復合材料，既具有陶瓷材料的低密度、高強度、高硬度、高耐磨性、高溫抗沖刷性和等優點，又具有金屬材料的韌性、強導熱性、熱穩定性和可加工性，使其逐漸成為材料改性的有效方法之一。

金屬陶瓷鐵基復合材料的性能很大程度上取決于陶瓷粒子的分散性和界面潤濕性，特別是對于氧化鋁陶瓷而言，由于與鐵基金屬熔體的密度相差很多，陶瓷粒子懸浮于金屬熔體的表面，難于獲得整體分散均勻的復合材料。此外由于氧化鋁對大多數鐵基金屬熔體相對穩定，不容易發生界面潤濕反應，因此在復合材料制備中容易帶來氣孔、縮孔以及界面脫粘、粒子脫落等缺陷。而氧化鋁金屬陶瓷增強鐵基復合材料性能是在金屬基體中引入陶瓷顆粒或者陶瓷骨架，其高溫力學、抗蠕變性能等獲得了極大的提高，又兼顧陶瓷的高硬度、高耐磨性等優良特性。近年來，該類材料在一些礦石原料粉碎及細磨、耐磨沖擊材料、耐高溫粉塵沖刷等工程領域得到重視和應用。

目前，制備鐵基復合材料的方法主要有粉末冶金、攪拌鑄造、離心鑄造、壓力鑄造和熔體鑄造等。其中，粉末冶金方法具有易成型、陶瓷粒子分散性好、易于控制含量等優點，但由于金屬粉體價格高，且對設備技術要求高，制約了該種工藝的低成本工業化應用。而采用熔體鑄造具有效率高、成本低的優點，因此仍然是制備金屬基復合材料的優選工藝。但由于金屬熔體與氧化鋁陶瓷顆粒的密度和浸潤活性相差很大，采用熔體鑄造方法常面臨陶瓷粒子分散困難、局部團聚及出現空洞等缺點，影響了整體復合材料的性能，因此需要改善氧化鋁陶瓷粒子的界面特性，提高其與金屬熔體的潤濕性能，另一方面又要突破熔體鑄造過程中面臨的一些瓶頸，如無壓鑄造滲透技術制備金屬復合材料，材料密度不夠理想，且滲透時間較長，陶瓷與金屬界面容易析出一些不利用材料綜合性能的新相；壓力鑄造滲透技術制備金屬復合材料適用熔點較低的有色金屬復合材料，對高熔點的鋼、鐵材料不適用，且對設備有較高的要求。

在壓力熔體鑄造技術領域，現有專利CN101269411A多孔陶瓷/鋼鐵基復合材料的制備方法公開了利用真空負壓滲透工藝制備多孔陶瓷/鋼鐵基復合材料的技術特征，具體至在砂箱處于密封狀態下，開始抽真空，真空負壓為0.03-0.05MPa，進行澆注。從該項專利說明書公開的內容得知，該發明對鑄造沙箱和其他配套設備的耐受壓力有一定的要求，且隨著使用砂箱體積的增大，要求其耐受壓力值越大；另外，其聚苯乙烯模型在澆注過程中被氣化隨真空泵排出，會對環境帶來一定的污染，需要后續的處理。

發明內容

本發明的目的在于克服現有熔體鑄造制備鐵基復合材料技術中的上述不足和缺陷，并研發一套簡便易實施的技術路線，制備出氧化鋁金屬陶瓷和鐵基緊密結合的復合材料。具體體現在以下幾個方面：一、本發明所采用的熔體鑄造工藝，在適當的時候開始抽真空，即產生一定的壓力條件下進行，但并非絕對密封裝置或真空值較低的條件下進行，條件不苛刻，對制備設備的耐壓力要求不高，常規耐壓設備即可符合工藝要求；二、在陶瓷預制件上有所突破，其一，通過調節陶瓷粒子的尺寸或混合不同尺寸陶瓷粒子實現并控制預制件的孔隙率，再進行活性Si元素改性處理，改變其表面特性。Si元素既促進預制件陶瓷材料與金屬熔體的有限界面反應，改善陶瓷粒子與金屬的潤濕性和界面結合效果；又提高陶瓷預制件的強度；促進氧化鋁剛玉砂燒結過程中的莫來石相的生成，有利于提高復合材料的界面結合強度。其二，該預制件件在制備技術中既方便使用，又直接作為鐵基復合材料的主體結構和組成成分直接存在于復合材料中；兩種介質緊密結合組成一種耐磨材料；省去使用其他材料的后續處理過程。三、更為重要在鑄造設備上，簡便易實施的鑄造設備實現了澆注處理一體化流程，大幅降低能源損耗，使工藝簡單且環保。

本發明制備氧化鋁陶瓷增強鐵基復合材料是通過如下技術方案實現的：

步驟一、根據所需形狀預制成經過活性Si元素預制處理的氧化鋁陶瓷骨架坯體，將該骨架胚體在800-850℃下燒結30min，即可得到經過表面改性處理帶絲網狀孔隙的陶瓷預制件。其中，通過調節陶瓷粒子的尺寸或混合不同尺寸陶瓷粒子制備所述陶瓷骨架坯體，實現并控制預制件的孔隙率；通過活性Si元素改性處理所述陶瓷骨架坯體，改變所述預制件的表面特性。

步驟二、在氧化鋁基陶瓷預制件外部和芯模側面包括1-3層紙張做內襯，刷涂鑄造涂料和石膏漿后，烘干，獲得澆注砂型。