專利名稱：陶瓷網(wǎng)格增強(qiáng)金屬耐磨復(fù)合材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷網(wǎng)格增強(qiáng)金屬耐磨復(fù)合材料及制備方法。屬于金屬基復(fù)合材料制備領(lǐng)域，特別適用于電廠、鋼廠或水泥廠磨煤機(jī)磨輥及磨盤等。
背景技術(shù)：
磨損是零部件失效的一種基本類型，普遍存在于冶金、礦山、電力、機(jī)械、國(guó)防、軍工、航空航天等許多工業(yè)部門，這造成了材料的極大浪費(fèi)和能源的巨大消耗。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)每年消耗金屬耐磨材料高達(dá)500萬噸以上，其中每年因磨損造成球磨機(jī)的鋼球消耗達(dá)100萬噸，球磨機(jī)和各種破碎機(jī)襯板消耗近40萬噸，軋輥消耗近70萬噸，各種工程挖掘機(jī)和裝載機(jī)斗齒、耐磨輸送管道、破碎機(jī)錘頭、履帶板和磨輥、磨盤襯板等消耗超過 60萬噸，鐵路道岔和車輪20萬噸，各種模具鋼消耗近150萬噸。以上數(shù)據(jù)可知，提高機(jī)械設(shè)備及零部件的耐磨損性能，可以大大減少能源消耗，提高生產(chǎn)效率。眾所周知，陶瓷具有高的耐磨損性能，金屬具有好的加工韌性。這些性能很難在同一材料中協(xié)調(diào)一致，為了解決這一矛盾，使用復(fù)合材料是較好的選擇。陶瓷基金屬?gòu)?fù)合材料能夠?qū)⑻沾傻母哂捕?、高耐磨損性能和金屬基體優(yōu)良的韌性結(jié)合起來，是一種應(yīng)用廣泛的復(fù)合材料。常見的耐磨鑄件強(qiáng)化主要分為外加顆粒和原位內(nèi)生成顆粒強(qiáng)化。外加陶瓷顆粒強(qiáng)化方法分為機(jī)械攪拌法外加陶瓷顆粒、滲透鑄造法外加陶瓷顆粒、離心鑄造法外加陶瓷顆粒等。然而，外加陶瓷顆粒鑄造法有三方面弊端其一是顆粒與基體界面的污染和附著物的產(chǎn)生使基體與增強(qiáng)顆粒結(jié)合力降低；其二是增強(qiáng)顆粒的比例受到初始粉末的限制，多數(shù)顆粒尺寸都大于 μ m，而且顆粒形狀呈尖角對(duì)基體有割裂作用；其三是熱力學(xué)穩(wěn)定性差，增強(qiáng)顆粒在高溫下易分解。原位生成陶瓷顆粒法雖然在鑄件與陶瓷潤(rùn)濕性上得到提高， 但存在鑄件耐磨層薄、化學(xué)反應(yīng)的影響因素多、增強(qiáng)相僅為金屬陶瓷等缺陷，也不易于較大耐磨鑄件的制備。中國(guó)發(fā)明專利(CN 101585081A)采用粘結(jié)劑和特定的模具制備出陶瓷預(yù)制體，然后進(jìn)行澆注，操作簡(jiǎn)單，能夠批量生產(chǎn)，但澆注過程中由于金屬和陶瓷熱膨脹系數(shù)不同，陶瓷易出現(xiàn)裂紋，特別是氧化物陶瓷裂紋、破碎現(xiàn)象更為明顯，另外，金屬與陶瓷之間的結(jié)合是機(jī)械結(jié)合而不能實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合。中國(guó)發(fā)明專利(201010235198. 3)采用金屬粉末與陶瓷顆?；旌线B同模具在真空爐燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，金屬粉將陶瓷顆粒粘結(jié)在一起形成預(yù)制體， 將預(yù)制體放入鑄型型腔的端面，然后再對(duì)預(yù)制體進(jìn)行澆注，形成顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料。該工藝解決了氧化物陶瓷滲透難的問題，陶瓷顆粒與金屬液結(jié)合良好，但工藝仍較復(fù)雜、顆粒和金屬結(jié)合本質(zhì)上仍為機(jī)械結(jié)合。然而，自熔性合金是指熔點(diǎn)較低、熔融過程中能自行脫氧、造S，能“潤(rùn)濕”基材表面而呈現(xiàn)冶金結(jié)合的一類合金。合金凝固后，在固溶體中能形成高硬度的彌散強(qiáng)化相，使合金的強(qiáng)度和硬度提高。
目前，絕大多數(shù)自熔性合金都是在鐵基、鎳基、鈷基合金中添加適量的硼、硅元素而制成的。硼、硅可降低合金的熔點(diǎn)，并能導(dǎo)致合金的固相和液相之間有較寬的溫度區(qū)間， 硼、硅元素均可與常見基體材料，如鎳、鈷、鐵等，在高溫下生成低熔點(diǎn)的共晶，使合金熔點(diǎn)大幅度降低，鎳基、鈷基、鐵基自熔性合金的熔點(diǎn)分別為800°C、80(TC、100(rC左右。另外， 硼、硅元素可提高合金的硬度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單、陶瓷網(wǎng)格與金屬基體之間通過自熔性合金呈冶金結(jié)合及高強(qiáng)度咬合的耐磨性能好的陶瓷網(wǎng)格增強(qiáng)金屬耐磨復(fù)合材料及制備方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種陶瓷網(wǎng)格增強(qiáng)金屬耐磨復(fù)合材料，其特征是包括金屬基耐磨件本體，在金屬基耐磨件本體表面設(shè)置凹槽，凹槽中設(shè)置陶瓷網(wǎng)格，陶瓷網(wǎng)格與金屬基耐磨件本體之間有間隙， 在所述間隙及陶瓷網(wǎng)格的網(wǎng)孔中設(shè)置與金屬基耐磨件本體冶金結(jié)合的自熔性合金粉末燒結(jié)體。所述的金屬基耐磨件材料為高錳鋼、合金鋼、高碳鉻鐵或鎳鉻低合金鑄鐵；所述的陶瓷網(wǎng)格網(wǎng)孔為柱狀、螺紋狀、錐形或菱形；所述的自熔性合金粉末為鎳基、鐵基或鈷基自熔性合金；所述的陶瓷網(wǎng)格為金屬陶瓷、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷。一種陶瓷網(wǎng)格增強(qiáng)金屬耐磨復(fù)合材料的制備方法，其特征是依次包括下列步驟
(1)以金屬基耐磨件為本體，在本體表面設(shè)置凹槽；
(2)將燒結(jié)好的陶瓷網(wǎng)格放入耐磨件凹槽內(nèi)，陶瓷網(wǎng)格與本體之間有間隙，間隙內(nèi)填滿合適的經(jīng)無水乙醇混合后的自熔性合金粉末，無水乙醇的加入量為自熔性合金粉末質(zhì)量的 1% 4%，網(wǎng)格孔內(nèi)也填充滿自熔性合金粉末，然后再把耐磨件整體放置于80°C 100°C下干燥；
(3)將干燥后的耐磨件整體放入真空爐，在溫度為1000°C 1150°C、真空度為0.1 下燒結(jié)，自熔性合金粉末發(fā)生熔融并與耐磨件基體產(chǎn)生牢固的冶金結(jié)合，陶瓷網(wǎng)格被自熔性合金牢固地包裹在耐磨件凹槽內(nèi)；
(4 )冷卻后，從真空爐中取出，得產(chǎn)品。陶瓷網(wǎng)格是金屬陶瓷、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷或碳化物陶瓷，網(wǎng)孔可呈柱形、錐形、螺紋形或菱形。本發(fā)明產(chǎn)品表面硬度為HRC65 75。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
(1)在真空燒結(jié)狀態(tài)下，陶瓷網(wǎng)格不會(huì)產(chǎn)生裂紋、碎裂等缺陷；
(2)自熔性合金與耐磨件基體的底面、側(cè)面、表面產(chǎn)生冶金結(jié)合，并形成金屬體網(wǎng)格與陶瓷網(wǎng)格咬合牢固；
(3)工藝簡(jiǎn)單、制備材料不需進(jìn)行熱處理就能達(dá)到所需硬度；
(4)解決了陶瓷和金屬基體結(jié)合難的難題，避免了澆注工藝帶來的鐵水高溫下與陶瓷的熱膨脹系數(shù)的不同而引起陶瓷碎裂的缺陷；
(5)耐磨工件表面由陶瓷網(wǎng)格及自熔性合金構(gòu)成，使耐磨件具有較高的耐磨性。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖1是具有陶瓷網(wǎng)格增強(qiáng)的磨煤機(jī)磨盤襯板。圖2是具有陶瓷網(wǎng)格增強(qiáng)的磨煤機(jī)磨輥表面襯板。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 磨煤機(jī)磨盤
(1)以磨煤機(jī)磨盤襯板為本體，在本體表面設(shè)置凹槽；
(2)將燒結(jié)好的陶瓷網(wǎng)格放入襯板凹槽內(nèi)，陶瓷網(wǎng)格與本體之間有間隙，間隙內(nèi)及表面填滿合適的經(jīng)無水乙醇混合后的自熔性合金粉末，無水乙醇的加入量為自熔性合金粉末質(zhì)量的1% 4%，網(wǎng)格孔內(nèi)也填充滿合適的經(jīng)無水乙醇混合后的自熔性合金粉末，然后再把耐磨件整體放置于80°C 100°C下干燥；
(3)將干燥后的襯板整體放入真空爐溫度為1000°C 1150°C、真空度為0.IPa下燒結(jié)， 自熔性合金粉末發(fā)生熔融并與耐磨件底面、側(cè)面、表面產(chǎn)生牢固的冶金結(jié)合，陶瓷網(wǎng)格被自熔性合金牢固地包裹在耐磨件凹槽內(nèi)。若陶瓷網(wǎng)格是金屬陶瓷，則自熔性合金與其產(chǎn)生冶金結(jié)合；若陶瓷網(wǎng)格為氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷，則網(wǎng)格孔可設(shè)計(jì)成柱形、錐形或螺紋形，該結(jié)構(gòu)可以使陶瓷網(wǎng)格和自熔性合金產(chǎn)生牢固的咬合作用；
(4)冷卻后，從真空爐中取出，將襯板組裝在磨盤表面，可得到磨煤機(jī)磨盤表面具有陶瓷網(wǎng)格增強(qiáng)體的耐磨復(fù)合材料。
實(shí)施例2 磨煤機(jī)磨輥
(1)以磨煤機(jī)磨輥表面襯板為本體，在本體表面設(shè)置凹槽；
(2)將燒結(jié)好的陶瓷網(wǎng)格放入襯板凹槽內(nèi)，陶瓷網(wǎng)格與本體之間有間隙，間隙及表面內(nèi)填滿合適的經(jīng)無水乙醇混合后的自熔性合金粉末，無水乙醇的加入量為自熔性合金粉末質(zhì)量的1% 4%，網(wǎng)格孔內(nèi)也填充滿合適的經(jīng)無水乙醇混合后的自熔性合金粉末，然后再把耐磨件整體放置于80°C 100°C下干燥；
(3)將干燥后的襯板整體放入真空爐溫度為1000°C 1150°C、真空度為0.IPa下燒結(jié)， 自熔性合金粉末發(fā)生熔融并與耐磨件底面、側(cè)面、表面產(chǎn)生牢固的冶金結(jié)合，陶瓷網(wǎng)格被自熔性合金牢固地包裹在耐磨件凹槽內(nèi)。若陶瓷網(wǎng)格是金屬陶瓷，則自熔性合金與其產(chǎn)生冶金結(jié)合；若陶瓷網(wǎng)格為氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷，則網(wǎng)格孔可設(shè)計(jì)成柱形、錐形或螺紋形，該結(jié)構(gòu)可以使陶瓷網(wǎng)格和自熔性合金產(chǎn)生牢固的咬合作用；
(4)冷卻后，從真空爐中取出，將襯板組裝在磨輥表面，可得到磨煤機(jī)磨輥表面具有陶瓷網(wǎng)格增強(qiáng)體的耐磨復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷網(wǎng)格增強(qiáng)金屬耐磨復(fù)合材料，其特征是包括金屬基耐磨件本體，在金屬基耐磨件本體表面設(shè)置凹槽，凹槽中設(shè)置陶瓷網(wǎng)格，陶瓷網(wǎng)格與金屬基耐磨件本體之間有間隙，在所述間隙及陶瓷網(wǎng)格的網(wǎng)孔中設(shè)置與金屬基耐磨件本體冶金結(jié)合的自熔性合金粉末燒結(jié)體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷網(wǎng)格增強(qiáng)金屬耐磨復(fù)合材料，其特征是所述的金屬基耐磨件材料為高錳鋼、合金鋼、高碳鉻鐵或鎳鉻低合金鑄鐵；所述的陶瓷網(wǎng)格網(wǎng)孔為圓柱狀、螺紋狀、錐形或菱形狀；所述的自熔性合金粉末為鎳基、鐵基或鈷基自熔性合金；所述的陶瓷網(wǎng)格為金屬陶瓷、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷。
3.—種權(quán)利要求1所述的陶瓷網(wǎng)格增強(qiáng)金屬耐磨復(fù)合材料的制備方法，其特征是依次包括下列步驟(1)以金屬基耐磨件為本體，在本體表面設(shè)置凹槽；(2)將燒結(jié)好的陶瓷網(wǎng)格放入耐磨件凹槽內(nèi)，陶瓷網(wǎng)格與本體之間有間隙，間隙內(nèi)及表面填滿合適的經(jīng)無水乙醇混合后的自熔性合金粉末，無水乙醇的加入量為自熔性合金粉末質(zhì)量的1% 4%，網(wǎng)格孔內(nèi)也填充滿自熔性合金粉末，然后再把陶瓷網(wǎng)格金屬?gòu)?fù)合耐磨件整體放置于80°C 100°C下干燥；(3)將干燥后的陶瓷網(wǎng)格金屬?gòu)?fù)合耐磨件整體放入真空爐，在溫度為1000°C 1150°C、真空度為0. IPa下燒結(jié)，自熔性合金粉末發(fā)生熔融并與耐磨件基體產(chǎn)生牢固的冶金結(jié)合，陶瓷網(wǎng)格被自熔性合金牢固地包裹在耐磨件凹槽內(nèi)；(4 )冷卻后，從真空爐中取出，得產(chǎn)品。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的陶瓷網(wǎng)格增強(qiáng)金屬耐磨復(fù)合材料的制備方法，其特征是陶瓷網(wǎng)格是金屬陶瓷、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷或碳化物陶瓷，網(wǎng)孔可呈柱形、錐形、螺紋形或菱形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種陶瓷網(wǎng)格增強(qiáng)金屬耐磨復(fù)合材料及制備方法，產(chǎn)品包括金屬基耐磨件本體，在金屬基耐磨件本體表面設(shè)置凹槽，凹槽中設(shè)置陶瓷網(wǎng)格，陶瓷網(wǎng)格與金屬基耐磨件本體之間有間隙，在所述間隙及陶瓷網(wǎng)格的網(wǎng)孔中設(shè)置與金屬基耐磨件本體冶金結(jié)合的自熔性合金粉末燒結(jié)體。本發(fā)明在真空燒結(jié)狀態(tài)下，陶瓷網(wǎng)格不會(huì)產(chǎn)生裂紋、碎裂等缺陷；自熔性合金與耐磨件基體產(chǎn)生冶金結(jié)合，與陶瓷網(wǎng)格結(jié)合牢固；工藝簡(jiǎn)單、制備材料不需進(jìn)行熱處理就能達(dá)到所需硬度；解決了陶瓷和金屬基體結(jié)合難的難題，避免了澆注工藝帶來的缺陷。
文檔編號(hào)B22F7/08GK102225469SQ20111015016
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者錢兵 申請(qǐng)人:南通高欣金屬陶瓷復(fù)合材料有限公司