[發明專利]一種用于磨輥的多元耦合仿生再制造耐磨材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201410101938.2
• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號: CN103849789A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 邱小明;張瑩;黎振華;宋武林;張祥林;丁剛;丁家偉;耿德英;王愛華;符寒光;郭洪才;印杰
• 申請（專利權）人: 江蘇新亞特鋼鍛造有限公司
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C19/05;C22C32/00;B22F1/00;B22F3/16
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技術領域

本發明涉及一種用于磨輥的多元耦合仿生再制造耐磨材料及其制備方法，屬于金屬材料領域。

背景技術

粉磨設備是冶金、礦山、化工、煤炭、火力發電、建材、陶瓷和耐火材料等行業所廣泛使用的重要設備之一，而磨輥又是粉磨設備的的重要的關鍵工作部件和大宗易磨損零件，其提前失效的原因30-60％屬于表面磨損。目前提高機械部件表面耐磨技術主要有研發新型耐磨材料、添加潤滑材料、從結構上進行合理設計和表面改性等。研發耐磨材料已成為世界各國新材料領域研究發展的重點，也是世界各國高技術發展中戰略競爭的熱點。

在各種磨損形式中，材料的磨粒磨損占到磨損總量的50％左右，其表現形式為硬顆粒或硬突起物使材料產生遷移而造成的一種磨損，具體表現為塑性材料表面的犁溝、微觀切削以及脆性材料斷裂。通常認為耐磨材料的組織應當是在軟的塑性基體上分布著許多硬顆粒的異質結構，在正常載荷作用下，主要由凸出在摩擦表面的硬質相直接承受載荷，而軟相則起著支持硬質相的作用。因此，采用硬質顆粒增強相制備的耐磨復合材料的研發思路一般都是通過提高基體材料的耐磨性和基體材料與顆粒增強相的界面結合強度以期減少顆粒增強相的脫落，從而達到提高材料的耐磨性能。

研究發現，生物體表普遍存在幾何非光滑特征，即一定幾何形狀的結構單元隨機地或規律地分布于其體表某些部位，其結構單元的形狀有鱗片形、凸包形、凹坑形、剛毛形和波紋形等。因此，受生物體結構和功能的啟發，基于典型生物體表的耐磨形態、結構、材料等因素的生物耦合現象，通過仿生耦合設計的相似性原則，對仿生耦合單元體的形狀、尺寸、分布規律、數量等幾何參數進行優化設計，利用焊接技術在磨輥表面進行處理，制備仿生耦合耐磨表層，提高磨輥表面的耐磨性能和粉磨效果，有效提高磨輥的使用壽命。

發明內容

對于采用WC、TiC、NbC、VC、TiN、NbN、VC超硬材料顆粒作為增強硬質相組成制備的耐磨復合材料，WC、TiC、NbC、VC、TiN、NbN、VC超硬材料顆粒的脫落是其失效的主要原因之一。WC、TiC、NbC、VC、TiN、NbN、VC超硬材料顆粒的脫落與基體材料的耐磨性、顆粒尺寸和形態、顆粒與基體合金成分比、顆粒與基體合金的界面結構及耐磨復合材料表面形態結構有關。

本發明的目的在于提供一種用于磨輥的多元耦合仿生再制造耐磨材料及其制備方法。基于仿生耦合設計思想，綜合成分、材料和結構等多因素的作用，采用鎳鉻硼硅（NiGrBSi）作為粘結合金和WC、TiC、NbC、VC、TiN、NbN、VC超硬材料顆粒作為增強硬質相，將鎳鉻硼硅（NiGrBSi）粘結合金填充在WC、TiC、NbC、VC、TiN、NbN、VC超硬材料顆粒間，采用模具成型的方法，使試樣表面具有一定規則分布的非光滑凸包單元體，通過高頻感應燒結技術在鋼基體上制備用于磨輥的多元耦合仿生再制造耐磨材料。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

一種用于磨輥的多元耦合仿生再制造耐磨材料及其制備方法，所述的復合材料由鎳鉻硼硅（NiGrBSi）作為粘結合金和WC、TiC、NbC、VC、TiN、NbN、VC超硬材料顆粒作為增強硬質相組成，鎳鉻硼硅（NiGrBSi）粘結合金成分配比按重量百分比計(Wt％?)?：Ni?：55-75?；Cr?：15-25；B?：1-5?；Si?：12-15?,復合材料中的WC、TiC、NbC、VC、TiN、NbN、VC超硬材料顆粒所占體積百分含量為15-25％，顆粒平均粒度為190μm。

所述的仿生耐磨復合材料表面具有一定規則分布的非光滑凸包單元體，非光滑凸包單元體表面形態參數：凸包直徑d=1.2mm，凸包高度h=?0.6mm，凸包間距S=2.5mm。

一種用于磨輥的多元耦合仿生再制造耐磨材料及其制備方法，包括以下工藝步驟：

第一步，采用顆粒大小為60-80μm的工業鎳鉻硼硅（NiGrBSi）金屬按一定成分配比組合均勻混合制備成粉狀粘結合金。將按設計成分制備好的鎳鉻硼硅（NiGrBSi）粉狀粘結合金再與WC、TiC、NbC、VC、TiN、NbN、VC超硬材料顆粒顆粒按一定配比混合均勻；

第二步，將按設計配比混合均勻的鎳鉻硼硅（NiGrBSi）粉狀粘結合金與WC、TiC、NbC、VC、TiN、NbN、VC超硬材料顆粒裝入燒結模具進行預壓處理，采用模具成型的方法，使多元耦合仿生再制造耐磨材料表面具有一定規則分布的非光滑凸包單元體；