一種復(fù)合材料抗磨件的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料抗磨件的制備方法，利用金屬液的黏性和外加機(jī)械壓力，使金屬液經(jīng)充型通道向工件腔流動(dòng)的過程中，擠入陶瓷腔上方充型通道內(nèi)的陶瓷顆粒間，將陶瓷顆粒分開并包裹，形成陶瓷顆粒與金屬液的均勻混合物，在壓力的持續(xù)作用下，這種陶瓷顆粒與金屬液的均勻混合物進(jìn)入工件腔，并在隨后更高的壓力作用下快速冷卻凝固，形成陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料抗磨件。本發(fā)明所述的復(fù)合材料抗磨件的制備方法，所得復(fù)合材料中陶瓷顆粒分布均勻，陶瓷與作為基體的抗磨金屬間結(jié)合緊密牢固，使用中不脫落，抗磨件使用壽命長(zhǎng)。
【專利說明】一種復(fù)合材料抗磨件的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料(顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料)及其零件制備領(lǐng)域，具體說是一種復(fù)合材料抗磨件的制備方法。尤指陶瓷顆粒/金屬基復(fù)合材料抗磨件的制備方法，用于金屬基復(fù)合材料及其零件的制備。

【背景技術(shù)】
[0002]陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料綜合了陶瓷的高硬度和金屬的高強(qiáng)度、高韌性，是制備抗磨零件的重要材料。但是，如何將陶瓷顆粒均勻地分布在金屬基體中并實(shí)現(xiàn)兩者的牢固結(jié)合，是制備陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料及其零件的一個(gè)難題。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中解決這一問題的技術(shù)方案主要是攪拌鑄造法、噴射鑄造法、預(yù)制體法和鑄滲方法，這些方法能實(shí)現(xiàn)一定程度上的陶瓷顆粒均勻分布，但陶瓷顆粒與金屬基體間的結(jié)合仍然不夠牢固，特別是制成的抗磨件在使用中會(huì)出現(xiàn)陶瓷顆粒脫落的現(xiàn)象，導(dǎo)致抗磨性不高。
[0004]劉偉軍發(fā)明了一種陶瓷顆粒增強(qiáng)鋼基復(fù)合材料的方法(申請(qǐng)?zhí)?01110306220.3)，其特征是采用鑄滲的方法進(jìn)行表層復(fù)合，包括制備陶瓷顆粒預(yù)制塊、燒結(jié)坯塊、固定預(yù)制塊、熔煉鑄滲等步驟，借助真空使熔融金屬充分充型并鑄滲到預(yù)制塊的孔隙中。這種方法只能進(jìn)行表層復(fù)合，復(fù)合層厚度有限，無法實(shí)現(xiàn)大型抗磨件的整體復(fù)合。
[0005]劉偉軍等還發(fā)明了一種高耐磨鐵基復(fù)合材料的制備方法(申請(qǐng)?zhí)?01110261834.4)，其特征是選用2?4mm的大尺寸電熔鋯剛玉顆粒作為抗磨顆粒，向電熔鋯剛玉顆粒內(nèi)加入2.5?3.0%的水玻璃、0.5?1.0%的鈦粉和I?1.5%的硼砂作為粘結(jié)劑進(jìn)行混合、模壓成形并燒結(jié)，得到鋯剛玉預(yù)制塊；然后把鋯剛玉預(yù)制塊放入砂型內(nèi)，澆注鐵水進(jìn)行鑄滲，得到頂部一定厚度的復(fù)合材料抗磨層。這種方法也只是制作表面抗磨層，不能制作整體抗磨件，而且所得復(fù)合層中電熔鋯剛玉顆粒的分布不夠均勻，電熔鋯剛玉顆粒與金屬基體間結(jié)合不強(qiáng)，使用中有脫落現(xiàn)象。
[0006]為了解決增強(qiáng)顆粒在金屬基體中的均勻分布，鄧?yán)ださ热税l(fā)明了一種鎂合金摻雜SiC顆粒的增強(qiáng)方法(申請(qǐng)?zhí)?01210236226.2)，其根本特征是采用機(jī)械攪拌方法實(shí)現(xiàn)摻雜，難以制備體積分?jǐn)?shù)大于40%的復(fù)合材料，也無法適用于高熔點(diǎn)的鋼鐵基復(fù)合材料制備。
[0007]鄭開宏教授采用熔體鑄滲法結(jié)合多孔陶瓷預(yù)制體制備工藝，制備了陶瓷顆粒局部定位增強(qiáng)高鉻鑄鐵基表層耐磨復(fù)合材料，具體方法是:將陶瓷顆粒預(yù)先進(jìn)行鍍鎳處理，將鍍鎳后的陶瓷顆粒與自制粘結(jié)劑混合填入具有蜂窩狀內(nèi)腔的模具中，經(jīng)加壓后固化形成蜂窩狀的多孔陶瓷預(yù)制體，然后將多孔陶瓷預(yù)制體固定在砂型內(nèi)表面鑄件磨損面對(duì)應(yīng)的位置，合箱澆注，高鉻鑄鐵金屬液鑄滲預(yù)制體獲得表層具有一定厚度的陶瓷/金屬?gòu)?fù)合層的的復(fù)合耐磨件。這種方法仍然是通過使用陶瓷顆粒預(yù)制體制備復(fù)合材料制件，工藝復(fù)雜。
[0008]盧德宏采用擠壓鑄造方法制備陶瓷顆粒/鋼復(fù)合材料，其工藝流程為:①通過將一定粒度以石英為主的陶瓷顆粒均勻混合，并和硅溶膠按一定的質(zhì)量分?jǐn)?shù)混合均勻后，涂覆于模具的內(nèi)表面，形成一定厚度的光滑致密陶瓷保溫層，并預(yù)熱到一定的溫度備用；②將增強(qiáng)體A1203陶瓷顆粒與一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的粘結(jié)劑，放入球磨機(jī)中均勻混合后，在一定的壓力下壓坯成型(成型后即為增強(qiáng)相預(yù)制坯)以建立足夠的強(qiáng)度；③將增強(qiáng)相預(yù)制坯預(yù)熱到一定的溫度后，置于帶有陶瓷保溫層的模具中，再將金屬熔體澆入其中，以常規(guī)擠壓鑄造的方法使金屬熔體滲入增強(qiáng)相預(yù)制坯中，形成局部增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。這屬于壓力鑄滲的方法，也是通過事先制備預(yù)制體來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)相的均勻分布，無法制作大尺寸整體復(fù)合的抗磨件。
[0009]綜上可見，現(xiàn)有技術(shù)制備顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的方法，都需要制作增強(qiáng)顆粒的預(yù)制體，這不僅增加了工序，而且預(yù)制體中的粘結(jié)劑在隨后復(fù)合過程很難完全排出，形成夾雜；此外，受液態(tài)抗磨金屬流動(dòng)性的限制，復(fù)合層的厚度有限，且顆粒(增強(qiáng)顆粒)與基體(金屬基體)之間的結(jié)合強(qiáng)度較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合材料抗磨件的制備方法，制備出顆粒分布均勻、顆粒與基體間結(jié)合牢固、低成本、高質(zhì)量的陶瓷顆粒/金屬基復(fù)合材料抗磨件。
[0011]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0012]一種復(fù)合材料抗磨件的制備方法，其特征在于:利用金屬液的黏性和外加機(jī)械壓力，使金屬液經(jīng)充型通道向工件腔流動(dòng)的過程中，擠入陶瓷腔上方充型通道內(nèi)的陶瓷顆粒間，將陶瓷顆粒分開并包裹，形成陶瓷顆粒與金屬液的均勻混合物，在壓力的持續(xù)作用下，這種陶瓷顆粒與金屬液的均勻混合物進(jìn)入工件腔，并在隨后更高的壓力作用下快速冷卻凝固，形成陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料抗磨件。
[0013]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，該方法需要使用模具，所述模具包括:
[0014]上模I和下模4兩部分，
[0015]所述下模4內(nèi)設(shè)有工件腔3、陶瓷腔5、金屬腔7，其中:
[0016]所述的金屬腔7用來盛放金屬液，其容積可以通過其底部的金屬腔壓頭8的上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，位于下模中央；
[0017]所述的陶瓷腔5用來盛放陶瓷顆粒，其容積可以通過其底部的陶瓷腔壓頭6的上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，位于金屬腔7周圍，以金屬腔7的中心軸線為對(duì)稱軸對(duì)稱布置；
[0018]所述的工件腔3用來形成抗磨件，其形狀尺寸與抗磨件相匹配，其數(shù)量與陶瓷腔5數(shù)量相同，與陶瓷腔5平行且位于陶瓷腔5遠(yuǎn)離金屬腔7的一側(cè)；
[0019]所述上模I內(nèi)設(shè)有對(duì)應(yīng)工件腔3的工件腔壓頭2 ;
[0020]在金屬腔7和陶瓷腔5上方設(shè)有連接工件腔3、陶瓷腔5和金屬腔7的充型通道9，
[0021]所述的充型通道9是金屬液流經(jīng)的通道，也是金屬液與陶瓷顆粒進(jìn)行混合的通道，位于陶瓷腔5和金屬腔7的上方，并將陶瓷腔5、工件腔3和金屬腔7連通。
[0022]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述的陶瓷腔5是2?8個(gè)矩形空腔。
[0023]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，工件腔3和陶瓷腔5間的壁厚10?50mm。
[0024]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，充型通道在陶瓷腔5上方的橫截面積總和為金屬腔7橫截面積的0.1?1.0倍。
[0025]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，具體制備過程包括如下七個(gè)步驟:
[0026]SI，調(diào)整體積分?jǐn)?shù):調(diào)整金屬腔壓頭8和陶瓷腔壓頭6的垂直位置，使陶瓷腔5與金屬腔7的容積比為0.2?1.0，或者調(diào)整金屬腔壓頭8和陶瓷腔壓頭6的上升速度，使單位時(shí)間內(nèi)陶瓷腔5的出料體積與金屬腔7的出料體積比為0.2?0.6 ;
[0027]S2，加陶瓷料:將預(yù)熱至400?1000°C的陶瓷顆粒，加入至陶瓷腔5內(nèi)至滿；所述的陶瓷顆粒包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷，平均粒徑2?1mm ;
[0028]S3，澆注金屬液:將過熱度為100?200°C的金屬液澆入金屬腔7內(nèi)至滿；所述的金屬液包括但不限于碳素結(jié)構(gòu)鋼液、合金鋼液及含有鉻、錳、鎳、銅、鉬各種合金元素的抗磨鑄鐵液；
[0029]S4，黏流布料:將上模I和下模4閉合并鎖緊后，迅速利用外加壓力推動(dòng)金屬腔壓頭8和陶瓷腔壓頭6，將陶瓷腔5內(nèi)的陶瓷顆粒和金屬腔7內(nèi)的金屬液連續(xù)不斷地推入充型通道9內(nèi)，在金屬液流經(jīng)陶瓷腔5上方的過程，將陶瓷顆粒挾裹形成固液混合物，一起向工件腔3內(nèi)流動(dòng)，并在5?1MPa的壓力作用下充滿工件腔3 ;金屬液經(jīng)過陶瓷腔的平均速度為 0.1 ?1.0m/s ；
[0030]S5，加壓充型:通過金屬腔壓頭8增大壓力，使陶瓷顆粒-金屬液的混合物充滿工件腔3，達(dá)到設(shè)定壓力后保壓O?5秒；所述的設(shè)定壓力，是指在金屬液內(nèi)產(chǎn)生50?10MPa的壓強(qiáng)；
[0031]S6，增壓復(fù)合:通過工件腔壓頭2對(duì)金屬液與陶瓷顆?；旌衔锛訅海构ぜ?內(nèi)的金屬液與陶瓷顆粒的混合物受到100?200MPa的附加壓力，直至其中的金屬液完全凝固；
[0032]S7,取件:解除陶瓷腔壓頭6壓力、金屬腔壓頭8的壓力和工件腔壓頭2的壓力，工件腔壓頭2回程，打開上模I和下模4，取出工件腔3內(nèi)的工件，得到本發(fā)明的陶瓷顆粒/金屬基復(fù)合材料抗磨件。
[0033]本發(fā)明所述的復(fù)合材料抗磨件的制備方法，所得復(fù)合材料中陶瓷顆粒分布均勻，陶瓷與作為基體的抗磨金屬間結(jié)合緊密牢固，使用中不脫落，抗磨件使用壽命長(zhǎng)，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0034](I)不需要制備預(yù)制體，可以從根本上避免外來夾雜，縮短制備流程。
[0035](2)陶瓷顆粒分布均勻。本發(fā)明靠液態(tài)金屬的黏性挾裹陶瓷顆粒，進(jìn)行整體流動(dòng)充型，可以確保陶瓷顆粒與液態(tài)金屬充分接觸和混合均勻。
[0036](3)陶瓷顆粒與基體間結(jié)合牢固。本發(fā)明在壓力作用下充滿模腔，并在高壓下凝固和變形，實(shí)現(xiàn)陶瓷顆粒與抗磨金屬的壓焊，所以陶瓷顆粒與基體間結(jié)合牢固。
[0037](4)材料制備與零件成形一步完成。本發(fā)明在制備陶瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了抗磨零件的成形制造，使復(fù)合材料制備與復(fù)合材料零件制備一步完成，縮短了流程，節(jié)約能源，降低成本。
[0038](5)應(yīng)用范圍廣。由于借助高壓成形，無論顆粒與基體潤(rùn)濕性與否，都能夠達(dá)到良好的界面結(jié)合，適用于各種陶瓷顆粒與金屬基體的復(fù)合材料及其零件的制備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]本發(fā)明有如下附圖:
[0040]圖1模腔分布圖，
[0041]圖2澆注和鎖模完畢時(shí)的合模圖。
[0042]圖3充滿模腔和加壓復(fù)合完成時(shí)的合模圖。
[0043]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0044]附圖標(biāo)記:
[0045]I為上模，2為工件腔壓頭，3為工件腔，4為下模，5為陶瓷腔，6為陶瓷腔壓頭，7為金屬腔，8為金屬腔壓頭，9為充型通道。

【具體實(shí)施方式】
[0046]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0047]本發(fā)明所述的復(fù)合材料抗磨件的制備方法，所述復(fù)合材料指陶瓷顆粒/金屬基復(fù)合材料，該方法需要使用模具鋼制成的模具，如圖1?3所示，所述模具包括:
[0048]上模I和下模4兩部分，模具使用時(shí)，上模I安裝在液鍛機(jī)的活動(dòng)橫梁上，可以上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)開模和鎖模，下模4安裝在液鍛機(jī)的工作臺(tái)上，所述的液鍛機(jī)可以是立式液鍛機(jī)；
[0049]所述下模4內(nèi)設(shè)有工件腔3、陶瓷腔5、金屬腔7，其中:
[0050]所述的金屬腔7用來盛放金屬液，其容積可以通過其底部的金屬腔壓頭8的上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，位于下模中央；
[0051]所述的陶瓷腔5用來盛放陶瓷顆粒，是2?8個(gè)矩形空腔(圖1所示實(shí)施例中設(shè)有4個(gè)陶瓷腔5)，其容積可以通過其底部的陶瓷腔壓頭6的上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，位于金屬腔7周圍，以金屬腔7的中心軸線為對(duì)稱軸對(duì)稱布置；
[0052]所述的工件腔3用來形成抗磨件，其形狀尺寸與抗磨件相匹配，可以全部在下模4內(nèi)，也可以是一部分在下模4內(nèi)，另一部分在上模I內(nèi)，上模I與下模4閉合后形成完整的工件腔3，其數(shù)量與陶瓷腔5數(shù)量相同，與陶瓷腔5平行且位于陶瓷腔5遠(yuǎn)離金屬腔7的一偵!|，兩者間的壁厚 10 ?50mm，例如 10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、；
[0053]金屬腔壓頭8和陶瓷腔壓頭6的尺寸分別與金屬腔7和陶瓷腔5的尺寸相匹配，分別設(shè)于金屬腔7和陶瓷腔5的底面，可以在金屬腔7和陶瓷腔5內(nèi)做上下運(yùn)動(dòng)，它們的上端面分別是金屬腔7和陶瓷腔5的底；
[0054]所述上模I內(nèi)設(shè)有對(duì)應(yīng)工件腔3的工件腔壓頭2 ;
[0055]在金屬腔7和陶瓷腔5上方設(shè)有連接工件腔3、陶瓷腔5和金屬腔7的充型通道9，
[0056]所述的充型通道9是金屬液流經(jīng)的通道，也是金屬液與陶瓷顆粒進(jìn)行混合的通道，位于陶瓷腔5和金屬腔7的上方，并將陶瓷腔5、工件腔3和金屬腔7連通，充型通道在陶瓷腔5上方的橫截面積總和為金屬腔7橫截面積的0.1?1.0倍，例如0.1倍、0.2倍、0.3 倍、0.4 倍、0.5 倍、0.6 倍、0.7 倍、0.8 倍、0.9 倍、1.0 倍。
[0057]本發(fā)明所述的復(fù)合材料抗磨件的制備方法，簡(jiǎn)稱“黏流布料-液鍛復(fù)合方法”，使用上述模具，利用金屬液的黏性和外加機(jī)械壓力，使金屬液經(jīng)充型通道9向工件腔3流動(dòng)的過程中(簡(jiǎn)稱充型過程)，擠入陶瓷腔5上方充型通道9內(nèi)的陶瓷顆粒間，將陶瓷顆粒分開并包裹，形成陶瓷顆粒與金屬液的均勻混合物，在壓力的持續(xù)作用下，這種陶瓷顆粒與金屬液的均勻混合物進(jìn)入工件腔3，并在隨后更高的壓力作用下快速冷卻凝固，形成陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料抗磨件。
[0058]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，具體制備過程包括如下七個(gè)步驟:
[0059]SI，調(diào)整體積分?jǐn)?shù):調(diào)整金屬腔壓頭8和陶瓷腔壓頭6的垂直位置，使陶瓷腔5與金屬腔7的容積比為0.2?1.0，或者調(diào)整金屬腔壓頭8和陶瓷腔壓頭6的上升速度，使單位時(shí)間內(nèi)陶瓷腔5的出料體積與金屬腔7的出料體積比為0.2?0.6 ;
[0060]S2，加陶瓷料:將預(yù)熱至400?1000°C的陶瓷顆粒，加入至陶瓷腔5內(nèi)至滿；所述的陶瓷顆粒包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷，平均粒徑2?1mm ;
[0061]S3，澆注金屬液:將過熱度為100?200°C的金屬液澆入金屬腔7內(nèi)至滿；所述的金屬液包括但不限于碳素結(jié)構(gòu)鋼液、合金鋼液及含有鉻、錳、鎳、銅、鉬各種合金元素的抗磨鑄鐵液；
[0062]S4，黏流布料:將上模I和下模4閉合并鎖緊后，迅速利用外加壓力推動(dòng)金屬腔壓頭8和陶瓷腔壓頭6，將陶瓷腔5內(nèi)的陶瓷顆粒和金屬腔7內(nèi)的金屬液連續(xù)不斷地推入充型通道9內(nèi)，在金屬液流經(jīng)陶瓷腔5上方的過程，將陶瓷顆粒挾裹形成固液混合物，一起向工件腔3內(nèi)流動(dòng)，并在5?1MPa的壓力作用下充滿工件腔3 ;金屬液經(jīng)過陶瓷腔的平均速度為 0.1 ?1.0m/s ；
[0063]S5，加壓充型:通過金屬腔壓頭8增大壓力，使陶瓷顆粒-金屬液的混合物充滿工件腔3，達(dá)到設(shè)定壓力后保壓O?5秒，例如I秒、2秒、3秒、4秒、5秒；所述的設(shè)定壓力，是指在金屬液內(nèi)產(chǎn)生50?10MPa的壓強(qiáng)；
[0064]S6，增壓復(fù)合:通過工件腔壓頭2對(duì)金屬液與陶瓷顆?；旌衔锛訅?，使工件腔3內(nèi)的金屬液與陶瓷顆粒的混合物受到100?200MPa的附加壓力，直至其中的金屬液完全凝固；
[0065]S7,取件:解除陶瓷腔壓頭6壓力、金屬腔壓頭8的壓力和工件腔壓頭2的壓力，工件腔壓頭2回程，打開上模I和下模4，取出工件腔3內(nèi)的工件，得到本發(fā)明的陶瓷顆粒/金屬基復(fù)合材料抗磨件。
[0066]以下為具體實(shí)施例。
[0067]實(shí)施例1-ZTA/高鉻鑄鐵復(fù)合材料抗磨件
[0068]本實(shí)施例公開了一種氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷顆粒/高鉻鑄鐵復(fù)合材料矩形抗磨件的制備方法，該方法需要使用模具鋼制成的模具，模具結(jié)構(gòu)參見前述。
[0069]具體制備過程如下:
[0070]SI，調(diào)整體積分?jǐn)?shù):調(diào)整金屬腔壓頭8和陶瓷腔壓頭6的垂直位置，使陶瓷腔5與金屬腔7的容積比為0.2 ；
[0071]S2，加陶瓷料:將預(yù)熱至400°C的陶瓷顆粒，加入至陶瓷腔5內(nèi)至滿；所述的陶瓷顆粒是氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷顆粒(簡(jiǎn)稱ZTA)，平均粒徑2mm ;
[0072]S3，澆注金屬液:將過熱度為100°C的金屬液澆入金屬腔7內(nèi)至滿；所述的金屬液是高絡(luò)鑄鐵KmTBCr26 (含有絡(luò)、猛、镲、銅、鉬合金元素的抗磨鑄鐵液)；
[0073]S4，黏流布料:將上模I和下模4閉合并鎖緊后，迅速利用外加壓力推動(dòng)金屬腔壓頭8和陶瓷腔壓頭6，將陶瓷腔5內(nèi)的陶瓷顆粒和金屬腔7內(nèi)的金屬液連續(xù)不斷地推入充型通道9內(nèi)，在金屬液流經(jīng)陶瓷腔5上方的過程，將陶瓷顆粒挾裹形成固液混合物，一起向工件腔3內(nèi)流動(dòng)，并在5MPa的壓力作用下充滿工件腔3 ;金屬液經(jīng)過陶瓷腔的平均速度為0.lm/s ；
[0074]S5，加壓充型:通過金屬腔壓頭8增大壓力，使陶瓷顆粒-金屬液的混合物充滿工件腔3，達(dá)到設(shè)定壓力后保壓O秒；所述的設(shè)定壓力，是指在金屬液內(nèi)產(chǎn)生50MPa的壓強(qiáng)；
[0075]S6，增壓復(fù)合:通過工件腔壓頭2對(duì)金屬液與陶瓷顆?；旌衔锛訅?，使工件腔3內(nèi)的金屬液與陶瓷顆粒的混合物受到10MPa的附加壓力，直至其中的金屬液完全凝固；
[0076]S7,取件:解除陶瓷腔壓頭6壓力、金屬腔壓頭8的壓力和工件腔壓頭2的壓力，工件腔壓頭2回程，打開上模I和下模4，取出工件腔3內(nèi)的工件，得到本發(fā)明的陶瓷顆粒/金屬基復(fù)合材料抗磨件。
[0077]該抗磨件內(nèi)陶瓷顆粒分布均勻，在同等工況下的使用壽命比同材質(zhì)的高鉻鑄鐵提高3倍，無陶瓷顆粒的脫落。
[0078]實(shí)施例2——ZTA/高錳鋼復(fù)合材料抗磨件
[0079]本實(shí)施例公開了一種碳化鎢陶瓷顆粒/高錳鋼復(fù)合材料抗磨件的制備方法，該方法需要使用模具鋼制成的模具，模具結(jié)構(gòu)參見前述。
[0080]具體制備過程如下:
[0081]SI，調(diào)整體積分?jǐn)?shù):調(diào)整金屬腔壓頭8和陶瓷腔壓頭6的上升速度，使單位時(shí)間內(nèi)陶瓷腔5的出料體積與金屬腔7的出料體積比為0.4 ；
[0082]S2，加陶瓷料:將預(yù)熱至700°C的陶瓷顆粒，加入至陶瓷腔5內(nèi)至滿；所述的陶瓷顆粒是碳化鶴陶瓷顆粒，平均粒徑6mm ；
[0083]S3，澆注金屬液:將過熱度為150°C的金屬液澆入金屬腔7內(nèi)至滿；所述的金屬液是合金鋼液(高錳鋼ZGMn 13)；
[0084]S4，黏流布料:將上模I和下模4閉合并鎖緊后，迅速利用外加壓力推動(dòng)金屬腔壓頭8和陶瓷腔壓頭6，將陶瓷腔5內(nèi)的陶瓷顆粒和金屬腔7內(nèi)的金屬液連續(xù)不斷地推入充型通道9內(nèi)，在金屬液流經(jīng)陶瓷腔5上方的過程，將陶瓷顆粒挾裹形成固液混合物，一起向工件腔3內(nèi)流動(dòng)，并在7.5MPa的壓力作用下充滿工件腔3 ;金屬液經(jīng)過陶瓷腔的平均速度為
0.55m/s ；
[0085]S5，加壓充型:通過金屬腔壓頭8增大壓力，使陶瓷顆粒-金屬液的混合物充滿工件腔3，達(dá)到設(shè)定壓力后保壓2.5秒；所述的設(shè)定壓力，是指在金屬液內(nèi)產(chǎn)生75MPa的壓強(qiáng)；
[0086]S6，增壓復(fù)合:通過工件腔壓頭2對(duì)金屬液與陶瓷顆粒混合物加壓，使工件腔3內(nèi)的金屬液與陶瓷顆粒的混合物受到150MPa的附加壓力，直至其中的金屬液完全凝固；
[0087]S7,取件:解除陶瓷腔壓頭6壓力、金屬腔壓頭8的壓力和工件腔壓頭2的壓力，工件腔壓頭2回程，打開上模I和下模4，取出工件腔3內(nèi)的工件，得到本發(fā)明的陶瓷顆粒/金屬基復(fù)合材料抗磨件。
[0088]該抗磨件內(nèi)陶瓷顆粒分布均勻，在同等工況下的使用壽命比同材質(zhì)的高錳鋼提高5倍，無陶瓷顆粒的脫落和基體碎化現(xiàn)象。
[0089]實(shí)施例3 氣化娃陶瓷顆粒/45鋼復(fù)合材料
[0090]本實(shí)施例公開了一種氮化硅陶瓷顆粒/45鋼復(fù)合材料抗磨件的制備方法，該方法需要使用模具鋼制成的模具，模具結(jié)構(gòu)參見前述。
[0091]具體制備過程如下:
[0092]SI，調(diào)整體積分?jǐn)?shù):調(diào)整金屬腔壓頭8和陶瓷腔壓頭6的垂直位置，使陶瓷腔5與金屬腔7的容積比為1.0，陶瓷占復(fù)合材料的體積分?jǐn)?shù)為63% ;
[0093]S2，加陶瓷料:將預(yù)熱至1000°C的陶瓷顆粒，加入至陶瓷腔5內(nèi)至滿；所述的陶瓷顆粒氮化娃陶瓷顆粒，平均粒徑1mm ；
[0094]S3，澆注金屬液:將過熱度為200°C的金屬液澆入金屬腔7內(nèi)至滿；所述的金屬液是45鋼液(碳素結(jié)構(gòu)鋼液);
[0095]S4，黏流布料:將上模I和下模4閉合并鎖緊后，迅速利用外加壓力推動(dòng)金屬腔壓頭8和陶瓷腔壓頭9，將陶瓷腔5內(nèi)的陶瓷顆粒和金屬腔7內(nèi)的金屬液連續(xù)不斷地推入充型通道9內(nèi)，在金屬液流經(jīng)陶瓷腔5上方的過程，將陶瓷顆粒挾裹形成固液混合物，一起向工件腔3內(nèi)流動(dòng)，并在1MPa的壓力作用下充滿工件腔3 ;金屬液經(jīng)過陶瓷腔的平均速度為
1.0m/s ；
[0096]S5，加壓充型:通過金屬腔壓頭8增大壓力，使陶瓷顆粒-金屬液的混合物充滿工件腔3，達(dá)到設(shè)定壓力后保壓5秒；所述的設(shè)定壓力，是指在金屬液內(nèi)產(chǎn)生10MPa的壓強(qiáng)；
[0097]S6，增壓復(fù)合:通過工件腔壓頭2對(duì)金屬液與陶瓷顆?；旌衔锛訅海构ぜ?內(nèi)的金屬液與陶瓷顆粒的混合物受到200MPa的附加壓力，直至其中的金屬液完全凝固；
[0098]S7,取件:解除陶瓷腔壓頭6壓力、金屬腔壓頭8的壓力和工件腔壓頭2的壓力，工件腔壓頭2回程，打開上模I和下模4，取出工件腔3內(nèi)的工件，得到本發(fā)明的陶瓷顆粒/金屬基復(fù)合材料抗磨件。
[0099]該抗磨件內(nèi)陶瓷顆粒分布均勻，在同等工況下的使用壽命比同材質(zhì)的45鋼提高7倍，無陶瓷顆粒的脫落和基體碎化現(xiàn)象。
[0100]本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合材料抗磨件的制備方法，其特征在于:利用金屬液的黏性和外加機(jī)械壓力，使金屬液經(jīng)充型通道向工件腔流動(dòng)的過程中，擠入陶瓷腔上方充型通道內(nèi)的陶瓷顆粒間，將陶瓷顆粒分開并包裹，形成陶瓷顆粒與金屬液的均勻混合物，在壓力的持續(xù)作用下，這種陶瓷顆粒與金屬液的均勻混合物進(jìn)入工件腔，并在隨后更高的壓力作用下快速冷卻凝固，形成陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料抗磨件。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料抗磨件的制備方法，其特征在于:該方法需要使用模具，所述模具包括: 上模⑴和下模⑷兩部分， 所述下模(4)內(nèi)設(shè)有工件腔(3)、陶瓷腔(5)、金屬腔(7)，其中: 所述的金屬腔(7)用來盛放金屬液，其容積可以通過其底部的金屬腔壓頭(8)的上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，位于下模中央； 所述的陶瓷腔(5)用來盛放陶瓷顆粒，其容積可以通過其底部的陶瓷腔壓頭￠)的上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，位于金屬腔(7)周圍，以金屬腔(7)的中心軸線為對(duì)稱軸對(duì)稱布置； 所述的工件腔(3)用來形成抗磨件，其形狀尺寸與抗磨件相匹配，其數(shù)量與陶瓷腔(5)數(shù)量相同，與陶瓷腔(5)平行且位于陶瓷腔(5)遠(yuǎn)離金屬腔(7)的一側(cè)； 所述上模⑴內(nèi)設(shè)有對(duì)應(yīng)工件腔⑶的工件腔壓頭⑵； 在金屬腔(7)和陶瓷腔(5)上方設(shè)有連接工件腔(3)、陶瓷腔(5)和金屬腔(7)的充型通道(9)， 所述的充型通道(9)是金屬液流經(jīng)的通道，也是金屬液與陶瓷顆粒進(jìn)行混合的通道，位于陶瓷腔(5)和金屬腔(7)的上方，并將陶瓷腔(5)、工件腔(3)和金屬腔(7)連通。
3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合材料抗磨件的制備方法，其特征在于:所述的陶瓷腔(5)是2?8個(gè)矩形空腔。
4.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合材料抗磨件的制備方法，其特征在于:工件腔(3)和陶瓷腔⑶間的壁厚10?5Omm0
5.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合材料抗磨件的制備方法，其特征在于:充型通道在陶瓷腔(5)上方的橫截面積總和為金屬腔(7)橫截面積的0.1?1.0倍。
6.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合材料抗磨件的制備方法，其特征在于，具體制備過程包括如下七個(gè)步驟: SI，調(diào)整體積分?jǐn)?shù):調(diào)整金屬腔壓頭(8)和陶瓷腔壓頭(6)的垂直位置，使陶瓷腔(5)與金屬腔(7)的容積比為0.2?1.0，或者調(diào)整金屬腔壓頭(8)和陶瓷腔壓頭(6)的上升速度，使單位時(shí)間內(nèi)陶瓷腔(5)的出料體積與金屬腔(7)的出料體積比為0.2?0.6 ; S2，加陶瓷料:將預(yù)熱至400?1000°C的陶瓷顆粒，加入至陶瓷腔(5)內(nèi)至滿；所述的陶瓷顆粒包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷，平均粒徑2?1mm ; S3，澆注金屬液:將過熱度為100?200°C的金屬液澆入金屬腔(7)內(nèi)至滿；所述的金屬液包括但不限于碳素結(jié)構(gòu)鋼液、合金鋼液及含有鉻、錳、鎳、銅、鉬各種合金元素的抗磨鑄鐵液； S4，黏流布料:將上模(I)和下模(4)閉合并鎖緊后，迅速利用外加壓力推動(dòng)金屬腔壓頭(8)和陶瓷腔壓頭(6)，將陶瓷腔(5)內(nèi)的陶瓷顆粒和金屬腔(7)內(nèi)的金屬液連續(xù)不斷地推入充型通道(9)內(nèi)，在金屬液流經(jīng)陶瓷腔(5)上方的過程，將陶瓷顆粒挾裹形成固液混合物，一起向工件腔(3)內(nèi)流動(dòng)，并在5?1MPa的壓力作用下充滿工件腔(3);金屬液經(jīng)過陶瓷腔的平均速度為0.1?1.0m/s ; S5，加壓充型:通過金屬腔壓頭(8)增大壓力，使陶瓷顆粒-金屬液的混合物充滿工件腔(3)，達(dá)到設(shè)定壓力后保壓O?5秒；所述的設(shè)定壓力，是指在金屬液內(nèi)產(chǎn)生50?10MPa的壓強(qiáng)； S6，增壓復(fù)合:通過工件腔壓頭(2)對(duì)金屬液與陶瓷顆?；旌衔锛訅?，使工件腔(3)內(nèi)的金屬液與陶瓷顆粒的混合物受到100?200MPa的附加壓力，直至其中的金屬液完全凝固； S7，取件:解除陶瓷腔壓頭(6)壓力、金屬腔壓頭(8)的壓力和工件腔壓頭(2)的壓力，工件腔壓頭(2)回程，打開上模(I)和下模(4)，取出工件腔(3)內(nèi)的工件，得到本發(fā)明的陶瓷顆粒/金屬基復(fù)合材料抗磨件。
【文檔編號(hào)】B22D19/14GK104439185SQ201410745937
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月9日
【發(fā)明者】邢明書, 邱博, 鮑培瑋 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)