[發明專利]可用作用于水泥和采礦業的耐磨部件的金屬基質復合材料

有效

• 申請號: 201480008225.X
• 申請日: 2014-02-13
• 公開（公告）號: CN105026584B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 烏富克·巴斯馬希
• 申請（專利權）人: 奧秘塞姆有限公司
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C04B41/51;C22C33/02
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)11371
• 代理人: 李丙林,曹桓

技術領域

本發明通常涉及鑄造金屬基質復合材料、其用途及其制備方法。

背景技術

耐磨部件(磨損部件)被用于諸如水泥和采礦業的許多工業中。為了提高效率，用作耐磨部件的金屬基質復合材料必須符合幾個要求。耐磨部件通常在旨在粉碎和研磨固體材料的采礦設備中實施。因此，它們必須表現出對在它們的使用過程中所經受的沖擊和磨損的良好抵抗力。韌性材料顯示出改善的耐沖擊性，但是低的耐磨損性，而硬質耐磨損材料提供了令人滿意的耐磨損性，但是低的耐猛烈沖擊性。因此，至關重要的是開發一種在耐磨損性和耐沖擊性之間顯示出良好平衡的鑄造金屬基質復合材料。此外，耐磨部件是涉及其頻繁更換的耗材。必要的是使得這些耐磨部件的更換間隔開、方便并且成本更低。耐磨部件的生產成本必須是低的以用于在工業中實施。

技術問題

本發明的目的是提供一種可用作用于水泥和采礦業的耐磨部件(耐磨零件，磨損部件，wear part)的增強的鑄造金屬基質復合材料。本發明還旨在提供顯示出延長的服務壽命的耐磨部件，其具有高的產率同時具有低的生產成本。

發明內容

根據本發明的鑄造金屬基質復合材料包括兩個不同的部分，即：

-一個或多個陶瓷塊狀物(ceramic cake)，包括：Al₂O₃、ZrO₂、鐵類金屬(含鐵金屬，鐵金屬，黑色金屬，ferrous metal)和TiC，

-以及金屬基質，包括：鐵類金屬和TiC。

本發明的一個方面提供了一種鑄造金屬基質復合材料，其在陶瓷部分和金屬基質中均包含TiC。

陶瓷塊狀物相當于鑄造金屬基質復合材料的硬質材料。陶瓷塊狀物在被包含在金屬基質內之前預先形成。由于它們的組成包括特別是TiC和無機化合物(Al₂O₃和ZrO₂)的混合物，因此這些陶瓷塊狀物顯示出高的硬度。

金屬基質包括鐵類金屬和TiC。TiC的存在允許增強金屬的基質。事實上，本發明的發明人已注意到，利用TiC增強金屬基質允許獲得在金屬基質中的陶瓷塊狀物的更好的抵抗力。這意味著，陶瓷塊狀物更強地保持在金屬基質內，并因此在經受使用條件時更難從其去除。事實上，TiC在金屬基質中的存在增加了其硬度，但不影響斷裂韌性。因此，所獲得的材料是更加耐磨的而不增加裂化的風險。此外，本發明的發明人驚奇地發現，當金屬基質還包含TiC時改善了陶瓷化合物(Al₂O₃和ZrO₂)的插入。

本發明的另一個方面涉及用于制備鑄造金屬基質復合材料的方法。根據本發明的金屬基質復合材料通過鑄造過程制備。因為其經濟且易于實施，因此這樣的過程提供了幾個優點。此外，TiC在陶瓷塊狀物內的形成發生在鑄造過程期間，即在金屬基質的澆注步驟期間。在陶瓷塊狀物上加入熔融的金屬基質導致TiC在陶瓷塊狀物內的形成。事實上，鈦和碳是非常活性的組分并且當將它們在高于約1100℃的溫度下混合時導致TiC的產生。所獲得的TiC顆粒顯示出小于或等于約30微米的直徑/尺寸。此外，這些顆粒被均勻地分布在金屬基質中。TiC顆粒的形成導致所獲得的材料的強度、應變和硬度的增加，這進而允許提高其服務壽命和其耐磨性。

在這種情況下，必須注意的是，不可能在金屬基質內直接添加這類TiC顆粒(即具有相同的直徑尺寸)且同時受益于相同的效果。事實上，即使添加該尺寸的顆粒，它們也會凝結并且金屬不會以由本發明的方法所提供的方式覆蓋它們。這種凝結和不適當的覆蓋對耐磨材料的性能將是有害的。

根據本發明的制備方法優選包括預先形成陶瓷塊狀物的步驟，接著是鑄造金屬基質的步驟。尤其是，制備方法因此可包括以下步驟：

(a)通過以下來制備一個或多個陶瓷塊狀物：

-混合Al₂O₃、ZrO₂、FeTi、石墨和粘合劑，

-將所獲得的混合物填充在一個或多個預成型模具中，

-加熱和固化該混合物，

-從所述一個或多個預成型模具中除去所獲得的(預成型的)陶瓷塊狀物，

-將所述混合物冷卻至室溫，

(b)通過以下將一個或多個陶瓷塊狀物鑄造成復合材料：

-將(預成型的)陶瓷塊狀物放置在一個或多個樹脂型模具中，

-關閉所述一個或多個樹脂型模具，