專利名稱：擠壓鑄滲燒結工藝生產(chǎn)復合材料及設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種表面含有增強相材料的金屬基復合材料及雙金屬復合材料生產(chǎn)工藝，特別是一種擠壓鑄滲燒結工藝生產(chǎn)復合材料及設備。
背景技術：
中國《鑄造》雜志 2002年4月 第51卷 第4期 第205-208頁，在《鑄造金屬基顆粒增強復合材料的研究現(xiàn)狀與展望》文章中公開、報導了壓力鑄造法生產(chǎn)低熔點的有色金屬基顆粒增強復合材料，采用上述方法尚未生產(chǎn)出高熔點的黑色金屬基顆粒增強復合材料，更未生產(chǎn)出高熔點黑色雙金屬復合材料及含有硬質(zhì)相增強的雙金屬復合材料或含有自潤滑材料的復合材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種能生產(chǎn)出高熔點的黑色金屬基硬質(zhì)相增強復合材料，還能生產(chǎn)出高熔點黑色雙金屬復合材料及含有硬質(zhì)相增強的雙金屬復合材料或含有自潤滑材料的復合材料的擠壓鑄滲燒結工藝生產(chǎn)復合材料及設備。
解決其技術問題的設備方案是設備有一底座，底座上連接有下壓模，下壓模上方有擠壓機頭，擠壓機頭上連接有上壓模。
上壓模和下壓模與金屬液接觸的部位上噴涂耐熱材料；在模具的四周設置水冷系統(tǒng)。
在底座和下壓模之間連接有多工位澆鑄盤，下壓模由多個工作型腔組成，在下壓模的工作型腔上方有擠壓機頭和制漿室，制漿室內(nèi)連接有耐火材料；外部安裝有電磁攪拌器。
解決其技術問題采用的工藝技術方案是1、將增強硬質(zhì)相材料及自潤滑材料、自熔合金粉未按比例配制后，或?qū)⒖尚纬商蓟锏暮辖鹪睾鸵欢ū壤奶?，按化學劑量配比并加入相應含量的低熔點金屬材料，放入混料機內(nèi)，混合均勻，或在混合料中加入粘接劑、熔劑放入混料機中共同進行混合均勻；2、按所需形狀和厚度填壓成厚度均一、或厚度呈梯度形式的預制塊，待自然硬化24小時后，放入烘箱中經(jīng)200-300度烘干；3、將擠壓鑄造用模具經(jīng)200-500度預熱后，放在擠壓機中，噴涂0.5-2mm厚的耐熱涂料，然后經(jīng)200-300度烘干；4、將已烘干的增強預制件經(jīng)300-700度預熱后，放在模具內(nèi)所需部位，或者直接將配制好的含有增強相或自潤滑材料的混合物、或可形成碳化物的合金元素與碳的混合物、或自熔合金粉未等直接噴涂在已噴涂過耐熱涂料的擠壓模具內(nèi)所需部位上，經(jīng)烘干后，或?qū)⒂操|(zhì)合金或其它材料的模環(huán)或模塊經(jīng)300-700度預熱后，放入下壓模內(nèi)，澆入已精煉好的金屬液；或在下壓模型腔內(nèi)的中間部位加入一塊1-3mm的金屬材料隔板，在金屬材料隔板二邊分別澆入已精煉好的二種不同成份的金屬液體；5、啟動擠壓機對其進行加壓，壓力為100-180MPa并保壓2-6分鐘，使液態(tài)金屬在壓力下滲入到增強相材料的間隙中，并引發(fā)高溫合成化學反應與金屬液形成冶金結合，即可得到所需性能的含有增強相材料的復合材料成品或雙金屬復合材料或含有增強相及自潤滑材料的雙金屬復合材料成品。
所述的混合物為含有硬質(zhì)相增強材料和低熔點金屬材料加入2-10％的粘結劑和熔劑；或自潤滑材料及含有硬質(zhì)增強相的混合體；或可形成碳化物的合金元素與碳的混合體、或自熔合金粉未。
所述的增強相材料為各種碳化物、氮化物、氧化物、硼化物等難熔化合物和可形成碳化物的合金元素、自熔合金粉未，其形狀為顆粒、纖維、晶須，為改善增強材料與基體金屬的潤濕性，可采取化學鍍或化學氣相沉積工藝將增強相材料的表面涂覆一層包覆金屬Cu、Ni、TiN等；所述的自潤滑材料按工況所需比例配制后為各種軟金屬類、金屬化合物類、無機物類等，其體積分數(shù)含量為1-70％；所述的金屬基體材料為任何成份的黑色金屬、金屬間化合物；所述的低熔點金屬材料為鋁、鎂、碳等；所述的硬質(zhì)合金模環(huán)或模塊為各種碳化物、氮化物、氧化物等硬質(zhì)合金或陶瓷材料及各類金屬基合金。
所述的粘接劑為有機粘接劑；所述的熔劑為四硼酸鈉或氟硼酸鈉等。
所用模具材料為球墨鑄件、蠕墨鑄件、纖維增強陶瓷復合材料。
有益效果由于采用了上述方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點(1)排除了對增強相材料與金屬的復合有重要影響的潤滑性、反應性、密度差等因素的影響，可以制取單一或多種增強相復合材料或含自潤滑材料的復合材料，其增強相材料品種范圍廣；(2)由于在壓力下鑄滲燒結增強相復合材料，因而可制取增強相材料在鋼中分布均勻，含有率高，且厚度較厚的復合材料和雙金屬復合材料；(3)生產(chǎn)工藝簡單，靈活性強，適用范圍廣，成本低；(4)采用擠壓鑄滲燒結工藝所制取的顆粒增強復合材料，其增強相與基體合金的界面純凈，無吸附氣體的氧化膜，二者的相容性好，結合牢固；(5)所生產(chǎn)的制品具有組織致密，晶粒度小，表面光潔，尺寸精度高和金屬材料利用率高，可以解決高合金含量材料中的元素偏析難題，且可明顯提高質(zhì)量，可以生產(chǎn)復合軋輥輥環(huán)、導衛(wèi)輥、滑動導衛(wèi)、耐磨板、雙金屬軸瓦、挖掘機斗齒、破碎機錘頭等耐磨材料。


圖1為本發(fā)明第一實施例的結構圖。
圖2為本發(fā)明第二實施例的結構圖。
圖3為本發(fā)明第三實施例的結構圖。
圖4為本發(fā)明第四實施例的結構圖。
圖5為本發(fā)明第五實施例的結構圖。
圖6為本發(fā)明第六實施例的結構圖。
圖7為本發(fā)明第七實施例的結構圖。
圖8為本發(fā)明第八實施例的結構圖。
圖9為本發(fā)明第九實施例的結構圖。
圖10為本發(fā)明第十實施例的結構圖。
圖11為本發(fā)明第十一實施例的結構圖。
圖12為本發(fā)明第十二實施例的結構圖。
圖13為本發(fā)明第十三實施例的結構圖。
圖14為本發(fā)明第十四實施例的結構圖。
具體實施例方式
實施例1圖1中，設備有一底座8，底座8上連接有下壓模7，下壓模7為帶型芯的下壓模7，下壓模7上方有擠壓機頭1，擠壓機頭1上連接有上壓模2，上壓模2為空心上壓模，上壓模2和下壓模7上涂覆有耐熱涂料5，在下壓模2外圍放置有增強相預制塊4，在下壓模7的型芯與增強相預制塊4之間澆鑄鋼液6，下壓上壓模2，即可制得復合材料。
首先根據(jù)產(chǎn)品的性能和工況要求選擇相應的一種或數(shù)種難熔化合物顆粒、或其短纖維晶須等增強相材料、或可形成碳化物的合金元素和一定比例的碳，其配比按化學劑量配比并加入相應含量的低熔點材料(鎂、鋁等)、自潤滑材料按工況需要比例配制后，放入混料機進行混合均勻，或在混合料中加入4％粘接劑、2％熔劑放入混料機中共同進行混合均勻，而后按所需形狀和厚度填壓成厚度均一、或厚度呈梯度形式的預制塊，待自然硬化24小時后，放入烘箱中經(jīng)200度烘干備用，將擠壓鑄造用模具經(jīng)300度預熱后，放在擠壓機頭和擠壓機座中，然后在上壓模和下壓模的工作部位上噴涂一層0.5-2mm厚的耐熱涂料，待耐熱材料干燥后，將已烘干的增強預制件經(jīng)500度預熱后，放在模具內(nèi)的所需部位，或者直接將配制好的含有增強相或自潤滑材料的混合物直接噴涂在已噴涂過耐熱涂料的擠壓模具內(nèi)所需部位上，經(jīng)200度烘干后，澆入已精煉好的金屬液，啟動擠壓機對其進行加壓，其壓為為160Mpa，并保壓5分鐘，使液態(tài)金屬在壓力下滲入到增強相材料的間隙中，利用金屬液的高溫熱量在增強預制件中產(chǎn)生巨大的熱流密度，使增強相材料在金屬液熔合下發(fā)生一定熔化、熔解、擴散，并與金屬液形成冶金結合，同時引發(fā)增強預制件材料中所含有的強碳化物形成元素和碳的合金粉及低熔點組合材料發(fā)生高溫合成化學反應，即可制得在所需部位上含有一定厚度的增強相材料的復合材料，復合材料為增強相材料、自潤滑材料；或者二種材料的混合物。
通過調(diào)整工藝參數(shù)，可生成單元式多元增強體，并可控制其含量和分布，通過不斷施加的擠壓力，使其達到快速燒結和致密化，并使其結晶凝固，然后取出鑄件，進行機械加工、熱處理，即可得到所需性能的復合材料成品。
實施例2圖2中，在下壓模7中心部位放置有增強相預制塊4，在下壓模7的型芯與增強相預制塊4之間澆鑄鋼液6，制成內(nèi)徑帶有增強相材料的復合材料。其它與實施例1同，略。
實施例3圖3中，上壓模9為實芯模，下壓模10為凹模，在下壓模10內(nèi)腔的外部放置增強相預制塊4，在增強相預制塊4內(nèi)澆鑄鋼液6，即可制得外層含有增強相材料或自潤滑材料或其混合物的復合材料。其它與實施例1同，略。
實施例4圖4中，上壓模9為實芯模，下壓模10為凹模，在下壓模10內(nèi)的底面放置增強相預制塊4，在下壓模10內(nèi)澆鑄鋼液6，即可制成平面含有混合物的板材復合材料。其它與實施例1同，略。
實施例5圖5中，設備的下壓模7為帶凸槽雙開金屬模14，在下壓模7內(nèi)放置成凹形槽的增強相塊13，鎖緊模具，在下壓模7內(nèi)澆鑄鋼液6，即可制得外部帶有凹槽的含有增強相材料或自潤滑材料或其混合物的復合材料。其它與實施例1同，略。
實施例6圖6中，在設備的下壓模7內(nèi)連接有隔板12，隔板12厚度為1-3mm的金屬板，在隔板12外部的下壓模7內(nèi)放置增強相材料4，在下壓模7內(nèi)的隔板12的二邊分別澆入二種材料的鋼液6和11，其隔板12在液態(tài)金屬的高溫下熔化，并與所澆入的二種金屬熔合，即可制得外部含有增強相材料的雙金屬復合材料。其它與實施例1同，略。
實施例7圖7中，在設備的下壓模7內(nèi)連接有隔板12，在隔板12內(nèi)部的下壓模7內(nèi)芯部位放置增強相材料4，在下壓模7內(nèi)的隔板的二邊澆入二種不同的鋼液6和11，即可制得芯部含有增強相材料的雙金屬復合材料。其它與實施例1同，略。
實施例8圖8中，設備的下壓模為帶下凹槽形狀的空心下壓模，在下壓模的中心位置連接有經(jīng)預熱的芯棒17，在下壓模內(nèi)外邊緣放置增強相材料4，在下壓模內(nèi)其它部位澆鑄鋼液6，高溫鋼液與經(jīng)過預熱的芯棒17相互熔融，達到冶金結合，即可制得帶有芯棒的含有增強相材料的雙金屬復合材料。其它與實施例1同，略。
實施例9圖9中，設備的下壓模為空心下壓模，在下壓模的中心位置連接有芯棒17，在下壓模內(nèi)其它部位澆入鋼液11，采用液態(tài)反應原位合成工藝制成含有硬質(zhì)相增強顆粒的金屬復合材料。其它與實施例1同，略。
實施例10圖10中，上壓模9為實芯模，下壓模7為下凹形模，在下壓模7內(nèi)的底面局部放置增強相預制塊4，在下壓模7內(nèi)澆鑄鋼液10，即可制成平面局部含有硬質(zhì)增強相材料的復合材料。其它與實施例1同，略。
實施例11圖11中，設備有一底座8，底座8上連接有多工位澆鑄盤24，在多工位澆鑄盤24上連接有下壓模7，下壓模7型腔內(nèi)安裝有隔板12，在下壓模7的上方有擠壓機頭19和制漿室20，制漿室20內(nèi)連接有耐火材料；外部安裝有電磁攪拌器21，擠壓機頭19上連接有上壓模。金屬液進入制漿室20后，在金屬液通過制漿室20的過程中，受到制漿室20的冷卻，在制漿室20的內(nèi)壁上首先形成大量的晶體，并在電磁攪拌器21的攪拌作用下游離進入熔體內(nèi)部，促進內(nèi)生晶體的形成，當金屬液到達制漿室20出口時，其金屬液成為含有一定比例的非枝晶近球形顆粒的半固態(tài)漿料，然后將其注入至下壓模7型腔隔板12的外側，在下壓模7型腔隔板12的內(nèi)側澆入另一種金屬液，轉動多工位澆鑄盤24，使模具型腔位于上壓模7下方，下壓即可制得優(yōu)質(zhì)半固態(tài)雙金屬復合材料。其它與實施例1同，略。
實施例12圖12中，設備的下壓模7型腔內(nèi)安裝有隔板12，在隔板12的二側分別澆鑄黑色金屬合金16和有色金屬合金15，下壓上壓模2，即可制得內(nèi)部含有有色金屬或黑色金屬合金或外部含有色金屬或黑色金屬合金的雙金屬復合材料。
實施例13圖13中，在設備的下壓模內(nèi)放置經(jīng)過預熱處理的硬質(zhì)合金環(huán)件或模塊25，或者在下壓模7內(nèi)放置經(jīng)過預熱處理的其它材料的環(huán)件或模塊，向下壓模7內(nèi)澆鑄金屬液6，高溫金屬液6與硬質(zhì)合金材料或者其它材料進行相互熔融，使其達到冶金結合，即可制得含有鑲鑄硬質(zhì)合金或者其它材料的雙金屬復合材料，從而取代了傳統(tǒng)的沙型鑲鑄工藝并節(jié)約了材料，其它與實施例1同，略。
實施例14圖14中，上壓模9為實芯模，下壓模10為下凹形模，在下壓模10內(nèi)腔的外側放置含碳化鎢(WC)顆?；虿缓蓟u(WC)顆粒的自熔合金粉未26，并加入一定量的鋁(Al)粉或鎂(Mg)粉進行混合后壓制成預制塊，或直接噴涂在已噴涂過耐熱涂料的模具內(nèi)的所需的部位上，然后按照實施例1的工藝實施。使高溫金屬液在壓力下滲入到自熔合金的間隙中，同時利用金屬液的高溫熱量，引發(fā)自熔合金粉塊內(nèi)部的鋁或鎂熱反應，使自熔合金粉塊達到自反應燒結熔融，即可制得在工件上所需部位上含有自熔合金涂層材料的雙金屬復合材料。脫模后，可將工件表面涂上一層氧化物或防脫碳涂料后，將其放在高頻或中頻感應加熱器中再進行二次感應重熔，即可制得含有較高厚度的自熔合金涂層材料的雙金屬復合材料，其它與實施例1同，略。
權利要求
1.一種采用擠壓鑄滲燒結工藝生產(chǎn)復合材料的專用設備，其特征是設備有一底座，底座上連接有下壓模，下壓模上方有擠壓機頭，擠壓機頭上連接有上壓模。
2.根據(jù)權利要求1所述的專用設備，其特征是上壓模和下壓模與金屬液接觸的部位上噴涂耐熱材料；在模具的四周設置水冷系統(tǒng)。
3.根據(jù)權利要求1所述的專用設備，其特征是在底座和下壓模之間連接有多工位澆鑄盤，下壓模由多個工作型腔組成，在下壓模的工作型腔上方有擠壓機頭和制漿室，制漿室內(nèi)連接有耐火材料；外部安裝有電磁攪拌器。
4.一種實現(xiàn)擠壓鑄滲燒結工藝生產(chǎn)復合材料及設備的生產(chǎn)工藝，其特征是1、將增強硬質(zhì)相材料及自潤滑材料、自熔合金粉未按比例配制后，或?qū)⒖尚纬商蓟锏暮辖鹪睾鸵欢ū壤奶?，按化學劑量配比并加入相應含量的低熔點金屬材料，放入混料機內(nèi)，混合均勻，或在混合料中加入粘接劑、熔劑放入混料機中共同進行混合均勻；2、按所需形狀和厚度填壓成厚度均一、或厚度呈梯度形式的預制塊，待自然硬化24小時后，放入烘箱中經(jīng)200-300度烘干；3、將擠壓鑄造用模具經(jīng)200-500度預熱后，放在擠壓機中，噴涂0.5-2mm厚的耐熱涂料，然后經(jīng)200-300度烘干；4、將已烘干的增強預制件經(jīng)300-700度預熱后，放在模具內(nèi)所需部位，或者直接將配制好的含有增強相或自潤滑材料的混合物、或可形成碳化物的合金元素與碳的混合物、或自熔合金粉未等直接噴涂在已噴涂過耐熱涂料的擠壓模具內(nèi)所需部位上，經(jīng)烘干后，或?qū)⒂操|(zhì)合金或其它材料的模環(huán)或模塊經(jīng)300-700度預熱后，放入下壓模內(nèi)，澆入已精煉好的金屬液；或在下壓模型腔內(nèi)的中間部位加入一塊1-3mm的金屬材料隔板，在金屬材料隔板二邊分別澆入已精煉好的二種不同成份的金屬液體；5、啟動擠壓機對其進行加壓，壓力為100-180MPa并保壓2-6分鐘，使液態(tài)金屬在壓力下滲入到增強相材料的間隙中，并引發(fā)高溫合成化學反應與金屬液形成冶金結合，即可得到所需性能的含有增強相材料的復合材料成品或雙金屬復合材料或含有增強相及白潤滑材料的雙金屬復合材料成品。
5.根據(jù)權利要求4所述的擠壓鑄滲燒結工藝生產(chǎn)復合材料，其特征是所述的混合物為含有硬質(zhì)相增強材料和低熔點金屬材料加入2-10％的粘結劑和熔劑；或自潤滑材料及含有硬質(zhì)增強相的混合體；或可形成碳化物的合金元素與碳的混合體、或自熔合金粉未。
6.根據(jù)權利要求4所述的擠壓鑄滲燒結工藝生產(chǎn)復合材料，其特征是所述的增強相材料為各種碳化物、氮化物、氧化物、硼化物等難熔化合物和可形成碳化物的合金元素、自熔合金粉未，其形狀為顆粒、纖維、晶須，為改善增強材料與基體金屬的潤濕性，可采取化學鍍或化學氣相沉積工藝將增強相材料的表面涂覆一層包覆金屬Cu、Ni、TiN等；所述的自潤滑材料按工況所需比例配制后為各種軟金屬類、金屬化合物類、無機物類等，其體積分數(shù)含量為1-70％；所述的金屬基體材料為任何成份的黑色金屬、金屬間化合物；所述的低熔點金屬材料為鋁、鎂、碳等；所述的硬質(zhì)合金模環(huán)或模塊為各種碳化物、氮化物、氧化物等硬質(zhì)合金或陶瓷材料及各類金屬基合金。
7.根據(jù)權利要求4所述的擠壓鑄滲燒結工藝生產(chǎn)復合材料，其特征是所述的粘接劑為有機粘接劑；所述的熔劑為四硼酸鈉或氟硼酸鈉等。
8.根據(jù)權利要求4所述的擠壓鑄滲燒結工藝生產(chǎn)復合材料，其特征是所用模具材料為球墨鑄件、蠕墨鑄件、纖維增強陶瓷復合材料。
全文摘要
一種擠壓鑄滲燒結工藝生產(chǎn)復合材料及設備，屬于復合材料生產(chǎn)工藝。1、將增強硬質(zhì)相材料及自潤滑材料、自熔合金粉末按比例配制后，放入混料機內(nèi)混合均勻，或在混合料中加入粘接劑、熔劑混合均勻；2、按所需形狀和厚度填壓成預制塊，待自然硬化24小時后，放入烘箱中烘干；3、將擠壓鑄造用模具預熱后，放在擠壓機中，噴涂耐熱涂料，然后烘干；4、將已烘干的增強預制件預熱后，放在模具內(nèi)所需部位，經(jīng)烘干后，澆入已精煉好的金屬液；5、啟動擠壓機對其進行加壓并保壓，使液態(tài)金屬在壓力下滲入到增強相材料的間隙中，即可得到增強相復合材料制品。
文檔編號B22D18/00GK1408494SQ0213819
公開日2003年4月9日 申請日期2002年8月28日 優(yōu)先權日2002年8月28日
發(fā)明者丁剛, 孫茂來, 尤顯卿, 強穎懷 申請人:丁剛