[發(fā)明專(zhuān)利]一種顆粒增強(qiáng)鐵基表面復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610832506.8
• 申請(qǐng)日: 2016-09-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106367661B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張展展;陳蘊(yùn)博;張海燕;張洋;左玲立;祁曄思;劉曉萍;魏毅
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 機(jī)械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心;山東隆基機(jī)械股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C22C33/02
• 分類(lèi)號(hào): C22C33/02;B22F9/04;B22F3/105;B22D19/08
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種適于制備鐵基表面復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)

根據(jù)結(jié)構(gòu)件的工作條件，受摩擦表面運(yùn)動(dòng)速度所加壓力及其產(chǎn)生的塑性變形介質(zhì)性質(zhì)的影響而形成諸多磨損特征。且其耐磨性主要取決于硬度、材料晶體結(jié)構(gòu)和晶體互溶性以及強(qiáng)韌性、塑性等因素。因此工程上使用的各種零部件要求復(fù)合材料應(yīng)滿足表面高的耐磨性和心部良好的塑性、韌性的特點(diǎn)，這樣既充分發(fā)揮了復(fù)合材料表面優(yōu)異的耐磨性，也使復(fù)合材料遭受沖擊時(shí)不易產(chǎn)生整體失效，實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)顆粒與基體間的性能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，最終提高材料的使用壽命。

提高制件耐磨性能的方法頗多，近期發(fā)展的諸多耐磨材料如：中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN104439192公開(kāi)本發(fā)明了一種蜂窩狀陶瓷–金屬?gòu)?fù)合材料立磨磨輥制備方法。首先制備蜂窩多孔陶瓷–金屬?gòu)?fù)合材料耐磨鑲塊，并對(duì)其進(jìn)行熱處理，然后在鑲嵌孔、鑲嵌柱上外表面涂耐火涂料，將耐磨鑲塊嵌入鑲嵌孔中使耐磨鑲塊牢固拼接一起，放入立磨磨輥砂型中，然后澆鑄熔煉好金屬液，待完全凝固后形成復(fù)合材料立磨磨輥，復(fù)合材料立磨磨輥進(jìn)行整體熱處理制備得到蜂窩狀陶瓷一金屬?gòu)?fù)合材料立磨磨輥。這種方法制備工藝復(fù)雜，如果蜂窩狀預(yù)制體存在閉孔，在后續(xù)澆注金屬液時(shí)，金屬液很難深入閉孔間隙，最終形成孔隙影響材料的性能。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN1273152A公開(kāi)發(fā)明了一種將陶瓷顆粒鐵基復(fù)合材料制成壓坯并固定于鑄件表面，利用鑄件澆注的高溫水貨鐵水的熱量直接將壓坯燒結(jié)在鑄件母體上。這種鑄造方法很好的將粉末冶金與鑄造相結(jié)合，但是壓坯中存在孔隙，在隨后的澆注過(guò)程中，雖有熱量對(duì)壓坯燒結(jié)，但無(wú)法使其完全致密，最終無(wú)法保證材料的耐磨性。又如中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN104249504A本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)合耐磨襯板，提出了一種制造復(fù)合耐磨襯板的耐磨合金成份組配及復(fù)合耐磨襯板的制備方法，其中耐磨層采用的耐磨合金由單加或復(fù)加Cr、C、Si、Mn、S、P、Mo、Ni、Cu、Re等元素和鐵基材料組成，而該復(fù)合耐磨襯板的制造方法，主要是耐磨層和基層的材質(zhì)分爐熔煉，然后再澆鑄成型，該結(jié)構(gòu)的復(fù)合耐磨板耐磨性好，使用該方法制造的復(fù)合耐磨襯板復(fù)合層之間粘合度高，大大提高復(fù)合耐磨襯板的使用壽命。這些方法主要是通過(guò)提高耐磨層中的合金元素含量來(lái)調(diào)高材料的耐磨性能，增加了原材料成本；由于耐磨層與基層鏈接在一起，在后續(xù)熱處理過(guò)程中很難調(diào)控二者之間的關(guān)系，難以達(dá)到表面具備高的耐磨性，基體又具備良好的韌性。

發(fā)明內(nèi)容

為解決制備技術(shù)存在的問(wèn)題和不足，本發(fā)明首次提供了一種耐磨工作表面由新穎陶瓷顆粒金屬基復(fù)合材料和基材金屬相匹配的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1：放電等離子燒結(jié)–鑄造法制備鐵基表面復(fù)合材料，其特征在于通過(guò)外加或原位合成的方法向基體中加入陶瓷顆粒，通過(guò)放電等離子燒結(jié)與鑄造相結(jié)合的方法制備顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料。

步驟2：將上述陶瓷顆粒或可原位成的顆粒與金屬粉并加入粉末總量的6～10％的無(wú)水乙醇后進(jìn)行機(jī)械化合金球磨，球磨速率150～300轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間4～18小時(shí)。在真空烘干箱中，經(jīng)100℃烘干。

步驟3：將上述混勻粉末裝入石墨模具中并放入放電等離子燒結(jié)腔內(nèi)對(duì)粉末進(jìn)行壓力燒結(jié)，等離子燒結(jié)的軸向壓力為20～50MPa，抽真空后，升溫至900～1200℃，升溫速度30～120℃/min，制備得到陶瓷顆粒金屬基復(fù)合材料耐磨層。

步驟4：將具有上述耐磨制件固定在鑄件需要耐磨的表面，加熱至140～300℃，將工業(yè)常用的中、碳鋼或灰鑄鐵或球磨鑄鐵或高鉻鑄鐵溶液澆入鑄型，澆注溫度為1400～1550℃。澆注時(shí)熔體的熱量直接將陶瓷顆粒金屬基復(fù)合材料燒結(jié)在鑄件上，冷卻凝固。

步驟6：熱處理工藝為：淬火工藝為850℃～1050℃保溫20min～60min，空冷；回火工藝為150℃～500℃保溫0.5h～2，空冷。

步驟7：步驟2中陶瓷顆粒粉與金屬粉的粒度都為≥200目，其中陶瓷粉為碳化鎢粉或碳化鈦粉或碳化釩粉或可原位合成碳化物顆粒組分的粉末或涂鎳的三氧化二鋁粉或二氧化鋯粉。

步驟8：步驟5中所用的金屬粉成分為純Fe粉或合金粉(其中Cu：1～3％(重量)，Ni：1～30％(重量)，Mo：0～10％(重量)，Cr：1～3％(重量)，C：3～5％(重量)，F(xiàn)e余量的)。

步驟9：步驟5中球磨粉末烘干后放入石墨模具中，其中球磨粉末30～80g，石墨模具尺寸為Φ10～30mm。球磨粉末放入石墨模具時(shí)，在粉末與石墨模具之間用光滑的碳紙隔開(kāi)，便于脫模。

本發(fā)明與已有技術(shù)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：