[發明專利]一種氧化鋁陶瓷與耐磨鋼的復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811645772.5
• 申請日: 2018-12-30
• 公開（公告）號: CN109455935B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 焦仁寶;榮守范;李洪波;王迪;張圳炫;朱永長;劉力
• 申請（專利權）人: 佳木斯大學
• 主分類號: C03C8/00
• 分類號: C03C8/00;C04B35/10;C04B35/626;C23D5/00
• 代理公司: 西安匯恩知識產權代理事務所(普通合伙) 61244
• 代理人: 張偉花

本發明提供了一種氧化鋁陶瓷與耐磨鋼的復合材料，包括耐磨鋼基體、陶瓷層和搪瓷層，搪瓷層位于耐磨鋼基體和陶瓷層的中間，還提供了上述復合材料的制備方法：將耐磨鋼基體脫碳處理得到耐磨鋼基體，制備搪瓷粉末和陶瓷顆粒，然后將上述材料依次放入磨具中，雙向加壓然后在常壓燒結得到氧化鋁陶瓷與耐磨鋼的復合材料。本發明的搪瓷層既可以潤濕陶瓷層，又可以改善與耐磨鋼基體的潤濕性，形成化學鍵結合，部分搪瓷粉末填充到陶瓷層的孔隙中，耐磨鋼基體與搪瓷層之間不易形成氣泡，陶瓷層中的TiO_2?x和CuO作為燒結助劑能降低燒結溫度，防止耐磨鋼基體氧化，并提高制備效率，降低制備成本。

技術領域

本發明屬于耐磨鋼基體改性技術領域，具體涉及一種氧化鋁陶瓷與耐磨鋼的復合材料及其制備方法。

背景技術

耐磨鋼基體主要應用于礦山、冶金和電力等行業內物料的輸送或破碎，如襯板、磨輥、鏟齒及破碎壁等零件，由于服役工況條件惡劣，造成了嚴重的磨損，致使零件失效。為了進一步提高耐磨鋼基體的耐磨性，單一材質的耐磨鋼基體無法滿足企業的要求，因此，開發以耐磨鋼基體為基體的復合耐磨材料成為行業急需解決的課題。目前提高耐磨鋼基體耐磨性的工藝主要有鑲嵌硬質合金塊、雙金屬復合鑄造、熱處理和釬焊等工藝。通過將硬質合金塊鑲嵌在耐磨鋼基體易磨損部位制造雙金屬復合耐磨材料，雖然具有耐磨、耐腐蝕等良好的綜合性能，但鑲嵌材料易從基體上脫落；采用雙金屬復合鑄造的工藝不易生產大面積和曲面的耐磨鑄件；耐磨鋼基體的熱處理消耗大量能源，同時還具有生產周期長等不利的因素。而將氧化鋁陶瓷與耐磨鋼基體復合，即可獲得陶瓷的機械強度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蝕性、化學穩定性和較低的成本，同時利用金屬基體的韌性克服陶瓷固有的脆性，在性能上形成一種互補關系，使之成為理想的結構和工程材料，以滿足耐磨材料對性能的要求。但也存在著陶瓷與耐磨鋼基體復合工藝的復雜性、成本較高、界面會產生較大的殘余應力，且化學穩定性較差等問題。

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的不足，提供一種氧化鋁陶瓷與耐磨鋼的復合材料，該復合材料在耐磨鋼基體和陶瓷層中間設置了搪瓷層，搪瓷層既可以潤濕陶瓷層，又可以改善與耐磨鋼基體的潤濕性，熔化后分別與陶瓷層和耐磨鋼基體發生擴散，形成良好的化學鍵結合，燒結時陶瓷顆粒的PVA會揮發后形成微小的孔隙，隨著溫度的升高，部分搪瓷粉末會逐漸滲入填充到陶瓷層的孔隙中，使得搪瓷層和陶瓷層界面處結合致密，微孔缺陷較小，則該復合材料連接強度高，耐磨性好。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種氧化鋁陶瓷與耐磨鋼的復合材料，包括耐磨鋼基體、陶瓷層和搪瓷層，搪瓷層位于耐磨鋼基體和陶瓷層的中間，所述搪瓷層的厚度為1mm～5mm；所述陶瓷層的厚度為5mm～35mm；所述搪瓷層包括以下質量百分數的組分：SiO₂ 40％～60％、B₂O₃5％～20％、Na₂O 1％～15％、K₂O 1％～10％、CoO 1％～5％、NiO 1％～5％、余量為Al₂O₃；所述陶瓷層包括以下質量百分數的組分：TiO_2-x 1％～10％、CuO 1％～10％、余量為Al₂O₃。

優選地，所述搪瓷層包括以下質量百分數的組分：SiO₂ 45％～55％、B₂O₃8％～18％、Na₂O 5％～12％、K₂O 4％～8％、CoO 1％～3％、NiO 1％～3％、余量為Al₂O₃；所述陶瓷層包括以下質量百分數的組分：TiO_2-x 1％～5％、CuO 0.5％～5％、余量為Al₂O₃。