本發(fā)明涉及一種陶瓷金屬復(fù)合材料預(yù)制體的制備方法，本發(fā)明還涉及一種陶瓷金屬復(fù)合耐磨件的制備方法，屬于金屬基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

磨損是預(yù)制件產(chǎn)生失效的一種最基本的類型，目前普遍存在于冶金，礦山、火電、機械、水泥、煤礦等許多行業(yè)。這造成了原材料的極大浪費和能源的巨大的消耗，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年消耗金屬耐磨材料高達500萬噸以上。可見提高機械設(shè)備及零部件的耐磨性能，可以有效減少能源的消耗，也可以提高勞動生產(chǎn)率。

針對上述情況，有人提將金屬和陶瓷制成復(fù)合材料，陶瓷金屬復(fù)合材料是將陶瓷的高耐磨、高硬度性能和金屬材料的韌性結(jié)合起來的一種新型復(fù)合材料?，F(xiàn)在我國使用的金屬陶瓷復(fù)合材料，主要通過國外進口，我國生產(chǎn)的金屬陶瓷復(fù)合材料，其性能在現(xiàn)階段與進口產(chǎn)品相比，還有一定的差距。不論國內(nèi)還是國外的金屬陶瓷復(fù)合材料，其主要工藝原理是依靠陶瓷顆粒增強金屬材料的方法制造。

目前，陶瓷增強金屬復(fù)合材料的預(yù)制體的制備方法普遍采用將陶瓷顆粒和金屬粉末和粘接劑等混合或直接將陶瓷顆粒與粘接劑混合，然后壓制成型，然后燒結(jié)得到預(yù)制體。然后將預(yù)制體放入鑄型中，澆鑄基體金屬液，得到耐磨件。這樣制得的陶瓷預(yù)制體，不利于金屬液在陶瓷預(yù)制體中的滲透，預(yù)制體使用的厚度不大。不利于陶瓷顆粒的均勻分布，耐磨性能差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種陶瓷金屬復(fù)合材料預(yù)制體的制備方法，本發(fā)明還提供一種陶瓷金屬復(fù)合耐磨件的制備方法，有利于陶瓷顆粒的均勻分布，加大陶瓷顆粒的粒度選擇空間，有利于金屬液在陶瓷預(yù)制體中的滲透，提高預(yù)制體使用的厚度，提高耐磨件的耐磨性。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種陶瓷金屬復(fù)合材料預(yù)制體的制備方法，按照如下步驟制備：

(1)、將粘接劑、碳化物陶瓷粉末與合金粉末混合均勻，然后壓成薄板，烘干，破碎成0.1-2mm的預(yù)制顆粒坯體；

(2)、將步驟(1)的預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒、粘接劑混合制成多孔陶瓷預(yù)制體，烘干。

采用上述方案，我們將碳化物顆粒和合金粉末制成預(yù)制顆粒坯體，由于預(yù)制顆粒坯體填充于陶瓷顆粒間隙，可以任意比例調(diào)節(jié)陶瓷顆粒體積分數(shù)，陶瓷顆粒分散更均勻，陶瓷顆粒尺寸的選擇范圍更寬。

由于預(yù)制顆粒坯體的熱反應(yīng)有助于金屬液在陶瓷預(yù)制體中的滲透,可提高預(yù)制體使用的厚度，預(yù)制顆粒坯體經(jīng)過熱反應(yīng)(熱反應(yīng)指坯體材料中陶瓷粉與合金粉由高溫條件引發(fā)生成彌散硬質(zhì)相的反應(yīng))后形成一定尺寸和種類的彌散硬質(zhì)相分布于金屬基體中，復(fù)合區(qū)陶瓷顆粒間的金屬耐磨性得到大幅提升，能夠更有效地支撐陶瓷顆粒，與原始外加陶瓷顆粒發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，使陶瓷顆粒完全發(fā)揮其性能優(yōu)勢，進而使復(fù)合材料的整體耐磨性得到大幅提升，并且降低復(fù)合材料的制備難度。

上述方案中：步驟(1)中，所述碳化物粉末為碳化硼、碳化硅中的一種或兩者的任意比例混合物，粒度為2～50μm。

上述方案中：步驟(1)中，所述合金粉末為鈦鐵粉、鈦粉、鎢鐵粉、鉻鐵粉中的一種幾種任意比例混合物，粒度為50～100μm。

上述方案中：所述粘接劑為酚醛樹脂、聚乙烯醇、羧甲基纖維素、聚丙烯酰胺、硅溶膠、硅酸鈉中的一種或幾種任意比例混合物。

上述方案中：所述粘結(jié)劑、碳化物陶瓷粉末與合金粉末按質(zhì)量比為3～60:200:800～1600，將它們放入球磨機中機械混合，混合時間8-12h。保證充分混合均勻。

上述方案中：步驟(1)中，混合后的物料壓實，然后在50～300mpa的壓力下壓成5～10mm薄板，并置于烘箱中，在80～150℃下保溫2～4小時充分烘干，使用對輥破碎機將薄板破碎成預(yù)制顆粒坯體。

上述方案中：步驟(2)中，所述陶瓷顆粒為氧化物、碳化物和氮化物中的一種或幾種任意比例顆?；旌衔?，粒度為0.1～3mm。在這個區(qū)間的顆粒大小比較合適，最能體現(xiàn)陶瓷的性能，更有利于發(fā)揮陶瓷顆粒的性能優(yōu)勢。陶瓷顆粒為碳化硅、碳化鎢、碳化鈦、氮化硅、氧化鋯、氧化鋁、zta陶瓷顆粒中的至少一種。

上述方案中：步驟(2)中，所述粘結(jié)劑的量為預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒總重量的3-10％。陶瓷顆粒和預(yù)制顆粒坯體的體積比例為任意比，實際應(yīng)用中可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和粘結(jié)劑品質(zhì)適量調(diào)整。優(yōu)選陶瓷顆粒和預(yù)制顆粒坯體的總體積為預(yù)制體型腔總體積的60％左右，也就是說，陶瓷顆粒和預(yù)制顆粒坯體不將預(yù)制體型腔填滿，從而得到多孔陶瓷顆粒，有利于金屬液滲透到預(yù)制體中，增強其結(jié)合強度。

為了實現(xiàn)上述第二目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種陶瓷金屬復(fù)合材料耐磨件的制備方法，將上述陶瓷金屬復(fù)合材料預(yù)制體置于型腔中，澆鑄金屬液成形后獲得陶瓷顆粒局部增強金屬復(fù)合耐磨件。

上述方案中：澆注的金屬液為高鉻鑄鐵、合金鋼、高錳鋼中的一種或幾種任意比例混合物。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過將將碳化物顆粒和合金粉末制成預(yù)制顆粒坯體，然后再和陶瓷顆粒制成預(yù)制件，預(yù)制顆粒坯體填充于陶瓷顆粒間隙，陶瓷顆粒分散更均勻，選擇范圍更廣，預(yù)制顆粒坯體在金屬基體中形成一定尺寸和種類的彌散硬質(zhì)相，從而與原始外加陶瓷顆粒發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，不但降低復(fù)合材料的制備難度，而且極大提高了復(fù)合材料的耐磨性。

附圖說明

圖1為實施例1-5的復(fù)合材料耐磨性比較結(jié)果圖。

圖2為本發(fā)明制得的耐磨件剖面圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步的描述：

實施例1：

一種陶瓷金屬復(fù)合材料耐磨件的制備方法，按照如下步驟制備：

(1)、將粘接劑聚乙烯醇、粒度為2～50μm的碳化硅陶瓷粉末與粒度為50～100μm的鉻鐵粉按照重量比3:200:800放入球磨機中機械混合，混合時間8-12h。

(2)、混合后的物料壓實，然后在50～300mpa的壓力下壓成5～10mm薄板，并置于烘箱中，在80～150℃下保溫2～4小時充分烘干，使用對輥破碎機將薄板破碎成預(yù)制顆粒坯體，然后過篩，取粒徑0.1-2mm之間的預(yù)制顆粒坯體。

(3)、將預(yù)制顆粒坯體、粒度為0.1～3mm的氧化鋁陶瓷顆粒、粘接劑聚乙烯醇混合制成多孔陶瓷預(yù)制體，粘接劑的量為預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆?？偭康?％，預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒的體積比為3:3，預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒的體積和為預(yù)制體型腔體積的60％。然后置于80-150℃烘箱中保溫2-4h烘干。

(4)、將制得的多孔陶瓷預(yù)制體置于砂型型腔中，澆鑄金屬液高鉻鑄鐵，成型后獲得陶瓷顆粒局部增強金屬復(fù)合耐磨件。

實施例2

一種陶瓷金屬復(fù)合材料耐磨件的制備方法，按照如下步驟制備：

(1)、將粘接劑聚乙烯醇、粒度為2～50μm的碳化硼陶瓷粉末與粒度為50～100μm的鎢鐵粉按照重量比3:200:800放入球磨機中機械混合，混合時間8-12h。

(2)、混合后的物料壓實，然后在50～300mpa的壓力下壓成5～10mm薄板，并置于烘箱中，在80～150℃下保溫2～4小時充分烘干，使用對輥破碎機將薄板破碎成預(yù)制顆粒坯體，然后過篩，取粒徑0.1-2mm之間的預(yù)制顆粒坯體。

(3)、將預(yù)制顆粒坯體、粒度為0.1～3mm的氧化鋁陶瓷顆粒、粘接劑聚乙烯醇混合制成多孔陶瓷預(yù)制體，粘接劑的量為預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆?？偭康?％，預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒的體積比為3:3，預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒的體積和為預(yù)制體型腔體積的60％。然后置于80-150℃烘箱中保溫2-4h烘干。

(4)、將制得的多孔陶瓷預(yù)制體置于砂型型腔中，澆鑄金屬液高鉻鑄鐵，成型后獲得陶瓷顆粒局部增強金屬復(fù)合耐磨件。

實施例3

一種陶瓷金屬復(fù)合材料耐磨件的制備方法，按照如下步驟制備：

(1)、將粘接劑聚乙烯醇、粒度為2～50μm的碳化硅陶瓷粉末與粒度為50～100μm的鈦鐵粉按照重量比3:200:800放入球磨機中機械混合，混合時間8-12h。

(2)、混合后的物料壓實，然后在50～300mpa的壓力下壓成5～10mm薄板，并置于烘箱中，在80～150℃下保溫2～4小時充分烘干，使用對輥破碎機將薄板破碎成預(yù)制顆粒坯體，然后過篩，取粒徑0.1-2mm之間的預(yù)制顆粒坯體。

(3)、將預(yù)制顆粒坯體、粒度為0.1～3mm的氧化鋁陶瓷顆粒、粘接劑聚乙烯醇混合制成多孔陶瓷預(yù)制體，粘接劑的量為預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆?？偭康?％，預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒的體積比為3:3，預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒的體積和為預(yù)制體型腔體積的60％。然后置于80-150℃烘箱中保溫2-4h烘干。

(4)、將制得的多孔陶瓷預(yù)制體置于砂型型腔中，澆鑄金屬液高鉻鑄鐵，成型后獲得陶瓷顆粒局部增強金屬復(fù)合耐磨件。

實施例4

一種陶瓷金屬復(fù)合材料耐磨件的制備方法，按照如下步驟制備：

(1)、將粘接劑聚乙烯醇、粒度為2～50μm的碳化硼陶瓷粉末與粒度為50～100μm的鈦鐵粉按照重量比3:200:800放入球磨機中機械混合，混合時間8-12h。

(2)、混合后的物料壓實，然后在50～300mpa的壓力下壓成5～10mm薄板，并置于烘箱中，在80～150℃下保溫2～4小時充分烘干，使用對輥破碎機將薄板破碎成預(yù)制顆粒坯體，然后過篩，取粒徑0.1-2mm之間的預(yù)制顆粒坯體。

(3)、將預(yù)制顆粒坯體、粒度為0.1～3mm的氧化鋁陶瓷顆粒、粘接劑聚乙烯醇混合制成多孔陶瓷預(yù)制體，粘接劑的量為預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒總量的5％，預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒的體積比為3:3，預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒的體積和為預(yù)制體型腔體積的60％。然后置于80-150℃烘箱中保溫2-4h烘干。

(4)、將制得的多孔陶瓷預(yù)制體置于砂型型腔中，澆鑄金屬液高鉻鑄鐵，成型后獲得陶瓷顆粒局部增強金屬復(fù)合耐磨件。

實施例5

按照氧化鋁陶瓷顆粒質(zhì)量的5％稱取粘結(jié)劑聚乙烯醇，然后二者均勻混合后制作成多孔陶瓷預(yù)制體，然后烘干后備用。將制得的多孔陶瓷預(yù)制體置于砂型型腔中，澆鑄金屬液高鉻鑄鐵，成型后獲得陶瓷顆粒局部增強金屬復(fù)合耐磨件。該制得的耐磨件為圖1中的無添加預(yù)制顆粒的耐磨件。

實施例6

(1)、將粘接劑酚醛樹脂、粒度為2～50μm的碳化硅陶瓷粉末與粒度為50～100μm的鈦粉按照重量比60:200:1600放入球磨機中機械混合，混合時間8-12h。

(2)、混合后的物料壓實，然后在50～300mpa的壓力下壓成5～10mm薄板，并置于烘箱中，在80～150℃下保溫2～4小時充分烘干，使用對輥破碎機將薄板破碎成預(yù)制顆粒坯體，然后過篩，取粒徑0.1-2mm之間的預(yù)制顆粒坯體。

(3)、將預(yù)制顆粒坯體、粒度為0.1～3mm的氧化鋯陶瓷顆粒、粘接劑酚醛樹脂混合制成多孔陶瓷預(yù)制體，粘接劑的量為預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆?？偭康?％，預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒的體積比為2.5:3，預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒的體積和為預(yù)制體型腔體積的60％。然后置于80-150℃烘箱中保溫2-4h烘干。

(4)、將制得的多孔陶瓷預(yù)制體置于砂型型腔中，澆鑄金屬液高錳鋼，成型后獲得陶瓷顆粒局部增強金屬復(fù)合耐磨件。

實施例7

(1)、將粘接劑羧甲基纖維素、粒度為2～50μm的碳化硅陶瓷粉末與粒度為50～100μm的鈦粉按照重量比40:200:1000放入球磨機中機械混合，混合時間8-12h。

(2)、混合后的物料壓實，然后在50～300mpa的壓力下壓成5～10mm薄板，并置于烘箱中，在80～150℃下保溫2～4小時充分烘干，使用對輥破碎機將薄板破碎成預(yù)制顆粒坯體，然后過篩，取粒徑0.1-2mm之間的預(yù)制顆粒坯體。

(3)、將預(yù)制顆粒坯體、粒度為0.1～3mm的zta陶瓷顆粒、粘接劑羧甲基纖維素混合制成多孔陶瓷預(yù)制體，粘接劑的量為預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒總量的6％，預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒的體積比為3:2，預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒的體積和為預(yù)制體型腔體積的60％。然后置于80-150℃烘箱中保溫2-4h烘干。

(4)、將制得的多孔陶瓷預(yù)制體置于砂型型腔中，澆鑄金屬液合金鋼，成型后獲得陶瓷顆粒局部增強金屬復(fù)合耐磨件。

實施例8

(1)、將粘接劑聚丙烯酰胺、粒度為2～50μm的碳化硅陶瓷粉末與粒度為50～100μm的鈦粉按照重量比40:200:1000放入球磨機中機械混合，混合時間8-12h。

(2)、混合后的物料壓實，然后在50～300mpa的壓力下壓成5～10mm薄板，并置于烘箱中，在80～150℃下保溫2～4小時充分烘干，使用對輥破碎機將薄板破碎成預(yù)制顆粒坯體，然后過篩，取粒徑0.1-2mm之間的預(yù)制顆粒坯體。

(3)、將預(yù)制顆粒坯體、粒度為0.1～3mm的碳化鈦陶瓷顆粒、粘接劑聚丙烯酰胺混合制成多孔陶瓷預(yù)制體，粘接劑的量為預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆?？偭康?0％，預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒的體積比為3:3，預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒的體積和為預(yù)制體型腔體積的60％。然后置于80-150℃烘箱中保溫2-4h烘干。

(4)、將制得的多孔陶瓷預(yù)制體置于砂型型腔中，澆鑄金屬液高鉻鑄鐵，成型后獲得陶瓷顆粒局部增強金屬復(fù)合耐磨件。

實施例9

(1)、將粘接劑硅溶膠、粒度為2～50μm的碳化硅陶瓷粉末與粒度為50～100μm的鈦粉按照重量比40:200:1000放入球磨機中機械混合，混合時間8-12h。

(2)、混合后的物料壓實，然后在50～300mpa的壓力下壓成5～10mm薄板，并置于烘箱中，在80～150℃下保溫2～4小時充分烘干，使用對輥破碎機將薄板破碎成預(yù)制顆粒坯體，然后過篩，取粒徑0.1-2mm之間的預(yù)制顆粒坯體。

(3)、將預(yù)制顆粒坯體、粒度為0.1～3mm的氧化鋁陶瓷顆粒、粘接劑硅溶膠混合制成多孔陶瓷預(yù)制體，粘接劑的量為預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒總量的3％，預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒的體積比為3:3，預(yù)制顆粒坯體和陶瓷顆粒的體積和為預(yù)制體型腔體積的60％。然后置于80-150℃烘箱中保溫2-4h烘干。

(4)、將制得的多孔陶瓷預(yù)制體置于砂型型腔中，澆鑄金屬液高鉻鑄鐵，成型后獲得陶瓷顆粒局部增強金屬復(fù)合耐磨件。

本發(fā)明不局限于上述實施例，應(yīng)當理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。