[發明專利]一種優化粒徑陶瓷增強金屬基復合材料的使用方法

有效

• 申請號: 201910768399.0
• 申請日: 2018-08-23
• 公開（公告）號: CN110508807B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 佟偉平;李萍
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B22F3/10
• 分類號: B22F3/10;B22F1/00;C22C38/14;C22C38/12;C22C38/04;C22C38/02;C22C38/58;C22C38/56;C22C38/50;C22C38/48;C22C38/44;C22C27/04;C22C27/06;C22C38/38
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 馬海芳

1.一種優化粒徑陶瓷增強金屬基復合材料的使用方法，其特征在于，采用優化粒徑陶瓷增強金屬基復合材料制備高耐磨粉碎設備襯板或高耐磨粉碎設備輥套，包括以下步驟：

步驟一：砂型的制備

根據待制備的高耐磨粉碎設備襯板或高耐磨粉碎設備輥套的形狀，將工作區設定為優化粒徑陶瓷增強金屬基復合材料，然后根據設定，制備砂型；

步驟二：將優化粒徑陶瓷增強金屬基復合材料放入砂型中，隨同砂型一同進行烘干，得到烘干后的優化粒徑陶瓷增強金屬基復合材料和砂型；其中，烘干溫度為100~300℃，保溫時間為10~20h，升溫速率為2~5℃/min；更具體為：升溫至40～50℃，保溫1h，升溫至70～80℃保溫1h，升溫至100～300℃保溫8～18h；

所述的優化粒徑陶瓷增強金屬基復合材料由金屬基體材料和增強相陶瓷顆粒組成；其中，增強相占優化粒徑陶瓷增強金屬基復合材料的體積百分含量為20%~50%；

所述的增強相陶瓷顆粒粒徑為0.01μm~0.1μm，0.1μm~1mm和1mm~5mm中的至少兩種的混合粒徑，混合粒徑區間界定為0.1μm~1mm和1mm~5mm范圍內時，其粒徑之間差值X設定為：0μmX≤2.0mm；

所述的增強相陶瓷顆粒為氧化物陶瓷顆粒、碳化物陶瓷顆粒或氮化物陶瓷顆粒中的一種或幾種混合；

其中，氧化物陶瓷顆粒為：白剛玉顆粒、棕剛玉顆粒或ZrO₂- Al₂O₃顆粒中的一種或幾種；

碳化物陶瓷顆粒為：WC顆粒、SiC顆粒、TiC顆粒、VC顆粒、B₄C顆粒、Mo₂C顆粒、ZrC顆粒或Cr₃C₂顆粒中的一種或幾種；

氮化物陶瓷顆粒為：Si₃N₄顆粒、BN顆粒、AlN顆粒或TiN顆粒中的一種或幾種；

所述的金屬基體材料的原料為金屬合金粉末；

其中，金屬合金粉末的合金成分及各個成分的質量百分比為：C：0~8.0%、Mo:0~50%、Mn:0~40%、Cr:0~50%、V:0~10%、Ti:0~20%、Si:0.1%~4.0%、Ni:0~15%、W:0~15%、Nb:0~5.0%，余量為Fe及不可避免的雜質，其粒徑范圍為60~400目；

所述的優化粒徑陶瓷增強金屬基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：增強相陶瓷顆粒的選取與預處理：

(1)根據制備的優化粒徑陶瓷增強金屬基復合材料稱量增強相陶瓷顆粒；

(2)去除增強相陶瓷顆粒雜質，烘干，得到預處理后的增強相陶瓷顆粒；

步驟2：優化粒徑陶瓷增強金屬基復合材料的制備

(1)按配比，稱量原料，將預處理后的增強相陶瓷顆粒和金屬基體材料進行混粉，混合均勻，得到混合后的物料；其中，按體積比，預處理后的增強相陶瓷顆粒：金屬基體材料=1：(2~5)；

(2)將混合后的物料放入壓實模具中，采用200~300MPa壓力進行壓制，保壓10~30s，得到壓實的陶瓷增強塊體；

(3)將壓實的陶瓷增強塊體放入坩堝中，再置于氣氛保護爐中，采用程序控溫液相燒結法進行預燒結，得到優化粒徑陶瓷增強金屬基復合材料；

所述的程序控溫液相燒結法，具體為：氣氛保護爐為無氧氣氛保護爐，燒結工藝為：以8~10℃/min速度升溫至800~900℃，保溫30~60min；以4~6℃/min速度升溫至1350~1500℃，保溫3~10h；以2~4℃/min速度降溫至1100~1260℃后隨爐冷卻；

優化粒徑陶瓷增強金屬基復合材料基體硬度≥900HV，金屬基體材料和陶瓷顆粒的界面硬度≥1100HV，陶瓷顆粒硬度≥1400HV；

步驟三：將高耐磨合金進行熔煉，熔煉溫度為1600~1700℃，得到高耐磨合金鋼水；其中，所述的高耐磨合金鋼水含有的化學成分及各個化學成分的質量百分比為：C:0.8%~4.0%、Cr:2.0~30%、Mn:0.3~20%、V:0~15%、Ni:0~10%、W:0~25%、Nb:0~3%、Ti:0~10%、Si:0~2%、P:0~0.02%、S:0~0.01%，余量為Fe及不可避免的雜質；

步驟四：將高耐磨合金鋼水出爐，采用重力鑄造澆鑄到烘干后的優化粒徑陶瓷增強金屬基復合材料和砂型中的澆鑄區，澆鑄溫度為1500~1600℃，澆鑄后進行清砂處理，得到高耐磨粉碎設備襯板或高耐磨粉碎設備輥套。