一種制備顆粒增強(qiáng)金屬基表面復(fù)合材料的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種制備顆粒增強(qiáng)金屬基表面復(fù)合材料的裝置，屬于抗耐磨材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對(duì)材料的耐磨性能要求越來越高，冶金、礦山、建材、電力、化工、煤炭和農(nóng)業(yè)等部門分別要用到礦山機(jī)械、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、和各種破碎粉磨機(jī)械，這些機(jī)械設(shè)備的易損件收到砂石、土壤等各種物料盒研磨體的磨損，每年要消耗大量金屬。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，能源的1/3~2/3消耗于摩擦與磨損；對(duì)材料來說，約80%的零件失效是由于磨損引起的，其中以磨料而失效的約占50%，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)用于磨料磨損工況的耐磨鋼鐵件，每年要消耗200多萬噸；由此，開發(fā)研制出一種能在磨損工況下，具有長(zhǎng)使用壽命的新材質(zhì)顯得極為重要。
[0003]鑄滲工藝是將合金粉末或陶瓷顆粒等預(yù)先固定在型壁的特定位置上，然后通過澆注使鑄件表面具有特殊的組織和性能，該工藝是一種表面處理與成型相結(jié)合的工藝。該方法簡(jiǎn)單易行，無需專門的處理設(shè)備，表面處理層具有一定厚度，生產(chǎn)周期短，零件不變形，具有其它工藝方法無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，是提高鑄件表面耐磨、耐蝕、耐高溫等性能的有效途徑。自此方法出現(xiàn)以后，得到了不斷的發(fā)展，尤其是在二十世紀(jì)九十年代以后，鑄滲法制備復(fù)合材料收到人們的青睞。
[0004]目前，利用鑄滲方法制備表面復(fù)合材料的方法主要有以下幾種:(1)普通鑄滲方法；(2)離心鑄滲方法；(3) V法鑄滲工藝；(4)實(shí)型鑄滲工藝(EPC) ; (5)真空實(shí)行鑄滲工藝(V-EPC)。在這些工藝中，前四種工藝存在著鑄件表面質(zhì)量差，尺寸精度低，容易出現(xiàn)氣孔或夾雜等缺陷，并且各自表面復(fù)合層厚度較薄，而真空實(shí)型鑄滲工藝制備出的材料雖較前四種工藝相比氣孔、夾雜減少，尺寸精度提高、表面質(zhì)量也有一定的提升，但目前其復(fù)合層厚度只有3~5mm厚，若要測(cè)試復(fù)合層的力學(xué)性能，則無法滿足各種力學(xué)性能測(cè)試中國(guó)標(biāo)對(duì)材料的尺寸要求，基于此，真空實(shí)型鑄造碳化鎢增強(qiáng)金屬表層復(fù)合材料的裝置及方法很好的解決了材料復(fù)合層厚度薄的問題，使用該裝置方法制備的顆粒增強(qiáng)表層復(fù)合材料的厚度達(dá)到17mm，滿足了目前目前各種力學(xué)測(cè)試中對(duì)復(fù)合層材料尺寸的要求，此種方法對(duì)于材料性能測(cè)試研宄具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種制備顆粒增強(qiáng)金屬基表面復(fù)合材料的裝置，該裝置包括帶凸臺(tái)的型腔1、內(nèi)石英管2、EPS泡沫3、預(yù)制層4、金屬網(wǎng)I 5、石英砂6、金屬網(wǎng)II 7、橡皮塞I 8、直角石英管9、砂型10、橡膠塞II 11、外石英管12、真空泵13、真空表14、真空閥15，帶凸臺(tái)的型腔I位于砂型10上和砂型10連成一體；帶凸臺(tái)的型腔I與內(nèi)石英管2相連接，石英管2內(nèi)依次放入EPS泡沫3、預(yù)制層4、金屬網(wǎng)I 5、石英砂6、金屬網(wǎng)II 7，內(nèi)石英管2的下端用橡皮塞I 8密封；直角石英管9的一端和橡皮塞I 8密封連接、另一端和橡皮塞II 11密封連接；外石英管12的一端用橡皮塞II 11密封，另一端與真空泵13連接，真空表14、真空閥15豎直安裝在真空泵13的上方。
[0006]本實(shí)用新型所述EPS泡沫3的厚度為5~10mm、預(yù)制層4的厚度為15~25mm、石英砂6的厚度為10~15mmo
[0007]本實(shí)用新型所述金屬網(wǎng)I 5為的150 μπι以上的金屬網(wǎng)，石英砂6顆粒大小為600?850 μ mD
[0008]本實(shí)用新型所述帶凸臺(tái)的型腔(I)圓柱的直徑為Φ120~ Φ160ι?πι、高度為180~280mm,凸臺(tái)長(zhǎng)為 50~60mm、寬為 50~60mm、高為 8~15mm。
[0009]本實(shí)用新型所述內(nèi)石英管2豎放，垂直于帶凸臺(tái)型腔I的底面，使其在澆注中獲得一個(gè)更大的壓頭高度從而獲得更大的鑄滲力。
[0010]本實(shí)用新型所述砂型10通過以下方法制備得到:首先砂箱底部鋪上一層40~50mm厚的造型砂，將除真空泵外的真空實(shí)型鑄滲裝置安放在砂箱中底部造型砂上的預(yù)定位置，在裝置豎直方向上方放置帶凸臺(tái)的型腔木模，然后再用水玻璃砂進(jìn)行造型，將預(yù)先放置有真空實(shí)型鑄滲裝置及帶凸臺(tái)的型腔木模的砂箱用水玻璃砂填滿，外石英管與真空泵相連，在填滿并緊實(shí)造型砂后，拿出帶凸臺(tái)的型腔木模，吹入二氧化碳?xì)怏w，使二氧化碳與水玻璃反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)砂型的固化，從而完成造型。
[0011]本實(shí)用新型所述的制備顆粒增強(qiáng)金屬基表面復(fù)合材料的裝置用于制備顆粒增強(qiáng)金屬基表面復(fù)合材料，具體包括以下步驟:
[0012](I)將增強(qiáng)顆粒和金屬粉末進(jìn)行混合，將混合均勻的粉末放入內(nèi)石英2管中，完成預(yù)制層的制備，混合過程可以使用行星式球磨機(jī)，球磨機(jī)中球料質(zhì)量比3:1，大小球個(gè)數(shù)比1:4~1:7；
[0013](2)使用真空泵13對(duì)真空吸鑄鑄滲裝置進(jìn)行抽氣，使內(nèi)石英管2及外石英管12里面的真空度為0.065-0.075MPa ；
[0014](3)將基材金屬液加入帶凸臺(tái)的型腔I中，通過真空產(chǎn)生的吸力、金屬液的重力以及金屬液對(duì)碳化鎢的潤(rùn)濕，使金屬液被吸進(jìn)包含碳化鎢顆粒的預(yù)置體中，待鑄型冷卻后，即得顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料；
[0015](4)在澆鑄結(jié)束后真空泵13持續(xù)抽氣2~5 min，在澆注完基體金屬液進(jìn)入帶凸臺(tái)的型腔I后獲得持續(xù)的鑄滲充型能力，澆鑄過程中產(chǎn)生的氣體將隨著真空泵13的持續(xù)抽氣排出鑄型中，獲得組織均勻缺陷較少的復(fù)合材料，并在鑄型表面鋪撒保溫覆蓋劑，提高型腔中基體金屬液的保溫效果，從而提高復(fù)合材料的復(fù)合效果。
[0016]本實(shí)用新型所述基體金屬為鑄鐵或鑄鋼，所述增強(qiáng)顆粒為三氧化二鋁、碳化硅、碳化鈦、硬質(zhì)陶瓷、碳化鎢中的一種或多種按任意比例混合，顆粒粒徑為150?630 μπι。
[0017]本實(shí)用新型所述真空閥15，通過真空閥調(diào)節(jié)真空泵真空值的大小，來調(diào)節(jié)金屬液的充型能力，從而調(diào)節(jié)復(fù)合層的厚度，并且通過真空值讀數(shù)大小來表征復(fù)合層的厚度。
[0018]本實(shí)用新型所述制備顆粒增強(qiáng)金屬基表面復(fù)合材料的裝置的組裝過程包括以下步驟:
[0019](I)用透明膠封住內(nèi)石英管2的一端，然后依次放入EPS泡沫3、預(yù)制層4、金屬網(wǎng)I 5、石英砂；
[0020](2)再用金屬網(wǎng)II 7封住石英砂，使石英砂保持層狀，不松散；
[0021](3)利用直角石英管9及橡膠塞將內(nèi)石英管和外石英管相連接，直角石英管9兩端分別與金屬網(wǎng)I 5和橡膠塞相接觸，防止預(yù)制層與石英砂發(fā)生松動(dòng)；
[0022](4)橡膠塞和外石英管12連接，橡膠塞中從外石英管12往真空泵方向分別依次連接真空儀表14、帶刻度尺寸的真空閥15，橡膠塞最終一端密封連接在外石英管，一端連接在真空泵13中。
[0023]本實(shí)用新型的有益效果:
[0024](I)本實(shí)用新型借助真空密封技術(shù)，將卷入的空氣和泡沫塑料在澆注過程中因汽化而產(chǎn)生的氣體抽走，提高了金屬液的充型能力，以利金屬液在顆粒間的滲透，從而獲得更厚更致密的復(fù)合層，增強(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)高，使復(fù)合材料的綜合性能得到較大的提高；
[0025](2)利用本實(shí)用新型制備的復(fù)合層厚度可達(dá)17mm，使顆粒增強(qiáng)金屬基表面復(fù)合材料在現(xiàn)今的工況中能具有更好的耐磨性，適用于各種力學(xué)測(cè)試試樣的制備，滿足其尺寸方面的要求；
[0026](3)本實(shí)用新型中帶凸臺(tái)的型腔的設(shè)置使得在取樣、切割復(fù)合材料試樣的時(shí)候沿著凸臺(tái)切割，整個(gè)取樣切割過程方便、快捷。
【附圖說明】
[0027]圖1是本實(shí)用新型所述制備顆粒增強(qiáng)金屬基表面復(fù)合材料的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖中:1-帶凸臺(tái)的型腔，2-內(nèi)石英管，3-EPS泡沫，4-預(yù)制層，5-金屬網(wǎng)I，6-石英砂，7-金屬網(wǎng)II，8-橡皮塞I，9-直角石英管，10-砂型，11-橡膠塞II，12-外石英管，13-真空泵，14-真空表，15-真空閥。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。
[0030]實(shí)施例1
[0031]本實(shí)施例所述制備顆粒增強(qiáng)金屬基表面復(fù)合材料的裝置包括帶凸臺(tái)的型腔1、內(nèi)石英管2、EPS泡沫3、預(yù)制層4、金屬網(wǎng)I 5、石英砂6、金屬網(wǎng)II 7、橡皮塞I 8、直角石英管9、砂型10、橡膠塞II 11、外石英管12、真空泵13、真空表14、真空閥15，帶凸臺(tái)的型腔I位于砂型10上和砂型10連成一體；帶凸臺(tái)的型腔I與內(nèi)石英管2相連接，石英管2內(nèi)依次放入EPS泡沫3、預(yù)制層4、金屬網(wǎng)I 5、石英砂6、金屬網(wǎng)II 7，內(nèi)石英管2的下端用橡皮塞I 8密封；直角石英管9的一端和橡皮塞I 8密封連接、另一端和橡皮塞II 11密封連接；外石英管12的一端用橡皮塞II 11密封，另一端與真空泵13連接，真空表14、真空閥15豎直安裝在真空泵13的上方，如圖1所示。
[0032]本實(shí)施例所述EPS泡沫3的厚度為5mm、預(yù)制層4的厚度為15mm、石英砂6的厚度為1mm ;金屬網(wǎng)I 5為的150 μ m金屬網(wǎng)，石英砂6顆粒大小為2000 μπι;所述帶凸臺(tái)的型腔(I)圓柱的直徑為Φ140_、高度為220_，凸臺(tái)長(zhǎng)為55_、寬為55_、高為11mm。
[0033]本實(shí)施例所述砂型10通過以下方法制備得到:首先砂箱底部鋪上一層40mm厚的造型砂，將除真空泵外的真空實(shí)型鑄滲裝置安放在砂箱中底部造型砂上的預(yù)定位置，在裝置豎直方向上方放置帶凸臺(tái)I的型腔木模，然后再用水玻璃砂進(jìn)行造型，將預(yù)先放置有真空實(shí)型鑄滲裝置及帶凸臺(tái)的型腔木模的砂箱用水玻璃砂填滿，外石英管12與真空泵13相連，在填滿并緊實(shí)造型砂后，拿出帶凸臺(tái)的型腔I木模，吹入二氧化碳?xì)怏w，使二氧化碳與水玻璃反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)砂型的固化，從而完成造型。
[0034]本實(shí)施例所述的制備顆粒增強(qiáng)金屬基表面復(fù)合材料的裝置用于制備碳化鎢顆粒增強(qiáng)金屬基表面復(fù)合材料，其特征在于，具體包括以下步驟:
[0035](I)將粒度為250~425 μ m的碳化鎢顆粒和粒度為150 μ mNi6025WC粉末裝入行星式球磨機(jī)將顆粒和粉末進(jìn)行混合，設(shè)定球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為100 r/min,混粉時(shí)間為30min，球料質(zhì)量比3:1，大小球個(gè)數(shù)比1:6，在混合粉末中碳化鎢顆粒60%~80%，Ni6025WC粉末20%