[發明專利]一種表面處理ZTA顆粒增強鋼鐵基復合耐磨件的制備方法

有效

• 申請號: 201811620521.1
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109513905B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 李燁飛;李聰;鄭巧玲;高義民;李博;劉志偉;趙四勇
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;廣西長城機械股份有限公司
• 主分類號: B22D23/04
• 分類號: B22D23/04;B22F1/02;B22F3/11;C23C14/35;C23C14/18;C23C18/32;C23C18/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種表面處理ZTA顆粒增強鋼鐵基復合耐磨件的制備方法，對ZTA顆粒進行活化處理，然后采用直流磁控濺射法在ZTA顆粒表面鍍覆金屬鉻；然后進行敏化和活化處理，采用化學鍍對ZTA顆粒進行表面改性，將鍍覆Cr?Ni層的ZTA顆粒和Ni粉、Al粉和Cr粉末填入石墨模具，真空燒結獲得具有蜂窩狀結構的預制體；采用鑄滲法澆注金屬液，冷卻后得到具有釘扎作用的增強鋼鐵基復合耐磨件。本發明通過物理氣相沉積(PVD)和化學鍍引入的活性元素可優化ZTA顆粒和金屬間的結合方式，使界面結合由機械結合轉化為冶金結合，具有較高的結合強度。

技術領域

本發明屬于耐磨材料制備技術領域，具體涉及一種表面處理ZTA顆粒增強鋼鐵基復合耐磨件的制備方法。

背景技術

隨著我國能源、交通、基礎原材料工業的迅速發展，特別是西部大開發戰略的實施以及南水北調、高速鐵路、西氣東輸等重大項目的建設，建筑材料、有色金屬、工程機械、火力發電等各行業對高性能抗磨材料的需求量顯著增加。但是由于金屬冶金學的限制，單一金屬材料的性能提高是有限的。采用整體合金化的材料其耐磨性雖然有所提高，但其韌性也同時大幅降低，降低了在沖擊場合部件的服役安全性和耐磨性。因此，亟需通過構建新型耐磨材料理論和優化制備工藝以期解決單一材料難以滿足的相互矛盾。

選擇具有較高斷裂韌性的ZTA顆粒作為的增強相，通過鑄造的方式進行冶金熔煉，從而獲得具有抗沖擊性能的新型高耐磨材料。復合材料的界面問題，尤其是界面優化設計以及界面對性能的影響,是獲得高性能金屬基復合材料的關鍵。界面是金屬基復合材料中重要的結構，界面的性能直接決定了復合材料的性能，因此，應合理地控制界面結合強度。ZTA顆粒與鐵基之間結合性較差，通過鑄滲法制備的復合材料中ZTA陶瓷顆粒和鐵基的結合方式為單一的機械結合，使得ZTA陶瓷顆粒無法達到預期的增強效果，嚴重影響了耐磨件在苛刻的實際工況下規模化應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種表面處理ZTA顆粒增強鋼鐵基復合耐磨件的制備方法，制備的耐磨復合材料既具有高的抗沖擊能力，又保證了在苛刻工況下良好的服役安全性。

本發明采用以下技術方案：

一種表面處理ZTA顆粒增強鋼鐵基復合耐磨件的制備方法，對ZTA顆粒進行活化處理，然后采用直流磁控濺射法在ZTA顆粒表面鍍覆金屬鉻；然后進行敏化和活化處理，采用化學鍍對ZTA顆粒進行表面改性，將鍍覆Cr-Ni層的ZTA顆粒和Ni粉、Al粉和Cr粉末填入石墨模具，真空燒結獲得具有蜂窩狀結構的預制體；采用鑄滲法澆注金屬液，冷卻后得到具有釘扎作用的增強鋼鐵基復合耐磨件。

具體的，將ZTA顆粒放入丙酮中浸泡，隨后酸洗，接著依次使用超聲波和去離子水清洗，將清洗后的ZTA顆粒烘干完成活化處理。

進一步的，浸泡時間為10～30min，超聲波清洗時間為5～15min，采用電熱恒溫鼓風干燥箱進行烘干處理。

具體的，采用直流磁控濺射法在ZTA表面鍍覆金屬鉻的過程中，對基體不預加熱，沉積室初始真空度為(2.0～3.0)×10^-2Pa，選擇純度99.99％的氬氣為工作保護氣體，在工作室內顆粒以反復旋轉下落的形式穿過沉積區，水平旋轉速度<80～120m/min，垂直下落速度<3～6m/s，ZTA顆微粒表面獲得厚度均勻的鉻膜。

進一步的，鍍覆處理工藝如下：

正離子加速電壓200～280V，濺射電流10～15A，濺射功率3300～4000W，基體溫度約為100℃，工作氣壓(1.0～3.0)×10^-1Pa，鍍覆時間為0.5～10h。

更進一步的，在200～300℃退火處理1～5h。