[發明專利]陶瓷金屬復合耐磨材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011004892.4
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN111974972B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 付超;萬偉;孔凡磊;戰斗
• 申請（專利權）人: 松山湖材料實驗室
• 主分類號: B22D19/02
• 分類號: B22D19/02;B22D17/00;C21D1/18;C21D9/00
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 周宇

本申請涉及一種陶瓷金屬復合耐磨材料及其制備方法，屬于新材料制備技術領域。該陶瓷金屬復合耐磨材料，陶瓷預制體為具有蜂窩孔的蜂窩結構，金屬基體晶粒90％以上等效直徑小于20微米，陶瓷金屬復合耐磨材料的表觀線結合率達到90％以上。這種宏觀和微觀結構結合的材料，其金屬基體韌性和陶瓷界面結合強度得到強化，耐磨性大幅提升。

技術領域

本申請涉及新材料制備技術領域，且特別涉及一種陶瓷金屬復合耐磨材料及其制備方法。

背景技術

常用的耐磨金屬材料包括錳鋼和白口鑄鐵，其耐磨性主要依靠鋼鐵組織中的碳化物，然而鋼鐵組織中的碳化物含量是有一定限制的，這制約了材料耐磨性的進一步提高。面對復雜的耐磨工況，上述耐磨材料的耐磨性嚴重不足，因此開發新的耐磨材料迫在眉睫。

陶瓷金屬復合材料結合了陶瓷的高耐磨性和高韌性，使其成為一種新型的耐磨材料。但目前的陶瓷顆粒耐磨材料由于制備方法等多因素的限制，材料的性能不足。

發明內容

針對現有技術的不足，本申請實施例的目的包括提供一種陶瓷金屬復合耐磨材料及其制備方法，以改善陶瓷顆粒和金屬基體界面結合強度低的技術問題，提高復合材料的耐磨性。

第一方面，本申請提供一種陶瓷金屬復合耐磨材料，由具有蜂窩孔的陶瓷預制體與金屬熔體復合而成，陶瓷金屬復合耐磨材料的晶粒等效直徑90％以上小于20微米，陶瓷金屬復合耐磨材料的表觀線結合率達到90％以上。

其中，由于晶粒通常不是標準的圓形，其為橢圓形，所以，晶粒的直徑的表征可能會出現差異，所以，本申請提供一個新的概念-晶粒等效直徑，其是指：每個晶粒的面積S＝π(d/2)²，先計算出晶粒的面積，然后通過上述公式計算出晶粒的直徑即為晶粒等效直徑。本申請提供的陶瓷金屬復合耐磨材料的晶粒等效直徑較小，晶粒得到充分細化；且其表觀線結合率較大，陶瓷與金屬之間的結合強度較大，結合面積較大，結合緊密，裂紋少，從而使該材料的耐磨性能更好。

在本申請的部分實施例中，陶瓷預制體中所述蜂窩孔的孔徑為10-100mm。該結構的蜂窩狀陶瓷預制體與金屬結合后的復合耐磨材料具有良好的沖擊韌性，同時該復合耐磨材料種的陶瓷顆粒能夠給金屬提供充分的保護，減少金屬的磨損，以增加復合材料的耐磨性能。

在本申請的部分實施例中，陶瓷預制體中的陶瓷顆粒在陶瓷金屬復合耐磨材料中的體積分數為10-50％。陶瓷預制體的強度對復合耐磨材料的強度具有一定的影響，進而影響復合耐磨材料的耐磨性。為了得到較高強度的陶瓷預制體，陶瓷顆粒的用量及其與粘接劑的用量比例較為關鍵。陶瓷預制體中陶瓷顆粒的體積分數為上述范圍時，陶瓷預制體的強度較高。

在本申請的部分實施例中，陶瓷預制體中陶瓷顆粒的粒徑為10-60目。上述粒徑的陶瓷顆粒有助于提高復合材料的強度，以提高其耐磨性能。

第二方面，本申請實施例提供了一種陶瓷金屬復合耐磨材料的制備方法，包括：將經過預熱的陶瓷預制體與金屬熔體在模具中在壓強為100MPa-150Mpa的條件下加壓復合成型，將成型后的復合材料冷卻至500-700℃，再進行回火處理，其中，陶瓷預制體為具有蜂窩孔的蜂窩結構。

本申請實施例的制備方法將陶瓷預制體的制成蜂窩狀，不僅可以節約陶瓷材料，而且蜂窩孔可以更好的導流金屬熔體使其與陶瓷顆粒接觸。再通過加壓成型工藝初步細化金屬基體晶粒大小，并解決陶瓷金屬界面潤濕性差的難題，陶瓷金屬結合更加緊密，表觀線結合率90％，使得陶瓷與金屬之間的界面結合強度得到大幅提升。將成型后的復合材料冷卻至500-700℃，再進行回火處理，可以使得金屬基體的晶粒充分細化，使得陶瓷金屬復合耐磨材料具有更加細小的晶粒，耐磨材料的晶粒等效直徑90％以上小于20微米。從而使該材料的耐磨性能更好。