耐磨復合材料預制體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用鑄滲法制備顆粒增強金屬基復合材料所需預制體技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種耐磨復合材料用復相陶瓷預制體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]耐磨材料構(gòu)件在服役過程中僅表面承受磨料磨損，通過復合的方法強化耐磨材料的構(gòu)件表層是耐磨材料的發(fā)展方向。鑄滲法是制備表層復合材料的有效方法之一，鑄滲法是將陶瓷顆粒預制成具有一定強度的預制體，置于鑄型需增強的部位，澆注金屬液凝固冷卻即得到陶瓷顆粒增強表層耐磨復合材料。其預制體制備是鑄滲法制備復合材料的關(guān)鍵環(huán)
-K-T。
[0003]公開號為CN101898239.B、CN101899585.B、CN101899586.B、CN101898238.B 分別公開了本專利權(quán)人的三個專利，“一種復合耐磨材料陶瓷顆粒增強體的制備方法”，“復合耐磨件的預制體及用該預制體制造耐磨件的方法”，“一種復合材料預制體的制備工藝”，“陶瓷顆粒增強復合耐磨件及其制造方法”，都涉及了將增強體顆粒制備成預制體的方法:將增強體陶瓷WC、TiC、VC、Cr2C3、Al203、Zr02、BN、TiN金屬粉和乙醇混合置于石墨模具中烘干，于燒結(jié)爐中制得預制體，再通過鑄滲法制備表層復合材料其耐磨性大幅提高。但所述預制體燒結(jié)過程連同模具一起燒結(jié)，需要制備大量的模具，加上爐膛空間所限，生產(chǎn)效率極低，所選用的增強陶瓷顆粒存在與基體物理性能不匹配，復合層出現(xiàn)裂紋或增強體本身脆性大，均導致復合材料在運行過程中出現(xiàn)耐磨性達不到預期性能。再者，預制體厚度僅5-25_，尺寸難以適應寬范圍的耐磨構(gòu)件厚度，尤其大型耐磨構(gòu)件厚度達到300_，磨損厚度超過200mm,因此5_25_的預制體厚度難以滿足各種耐磨構(gòu)件的厚度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種制作簡單方便、生產(chǎn)效率高，既能使復合材料有效達到預期的耐磨性能，又能方便地滿足各種耐磨構(gòu)件厚度的耐磨復合材料預制體的制備方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
本發(fā)明所述的耐磨復合材料預制體的制備方法，其特點是包括如下步驟:
(1)將陶瓷顆粒與粘結(jié)劑、潤滑劑均勻混合，粘結(jié)劑加入量為0.5?2%，潤滑劑加入量為0.1?1%，混合方式可以為干混或濕混；
(2)將混合的物料放入一定形狀的模具中，溫壓成型，加熱溫度為50?200°C，壓制壓力為50?300MPa，得到一種陶瓷顆粒間互相接觸的預制體坯體；
(3)將預制體坯體置于真空燒結(jié)爐中，抽真空至10?lOOPa，100?700°C間緩慢升溫，關(guān)閉真空閥，轉(zhuǎn)入保護氣氛爐，繼續(xù)升溫至1300?1600°C固化成型，得到一種復合材料用陶瓷預制體。
[0006]其中，既可以是上述陶瓷顆粒為WC或Al2O3或SiC或ZrO 2或S1 2陶瓷顆粒或它們的復相陶瓷，也可以是上述陶瓷顆粒為Al2O3-S1^ Al 203_Zr02-Y2O3復相陶瓷。
[0007]上述陶瓷顆粒的粒徑為0.1mm?7mm。
[0008]上述陶瓷顆粒需進行表面鍍鎳預處理。
[0009]上述粘結(jié)劑為石蠟或聚乙烯或聚丙烯。
[0010]上述潤滑劑為酰酸基蠟或甘油或聚乙二醇。
[0011]上述復合材料用陶瓷預制體的宏觀形狀可根據(jù)復合材料構(gòu)件的使用工況及性能需求調(diào)控，厚度為3mm?80mmo
[0012]上述復合材料用陶瓷預制體的孔隙形態(tài)具有三維互通多尺寸構(gòu)型的特點。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其制作簡單方便、生產(chǎn)效率高，能使復合材料達到預期的耐磨性能，有效地延長了復合材料的使用壽命，而且本發(fā)明所采用Al2O3-ZrO2-Y2O3復相陶瓷物理性能可在廣泛范圍調(diào)控以適應不同的金屬基體，預制體厚度可根據(jù)耐磨構(gòu)件調(diào)整，能適合不同的耐磨構(gòu)件。
【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明所述的耐磨復合材料預制體的制備方法，包括如下步驟:
1、將粒徑0.1mm?7mm的陶瓷顆粒與粘結(jié)劑、潤滑劑均勻混合，陶瓷顆?？梢允荳C、Al2O3' SiC, ZrO2、3102陶瓷顆?；蛩鼈兊膹拖嗵沾?，復相陶瓷可以是Al 203^02或Al2O3-ZrO2-Y2O3或其它復相陶瓷，陶瓷顆粒表面需進行鍍鎳預處理，粘結(jié)劑為石蠟或聚乙烯或聚丙烯，加入量為0.5?2%，潤滑劑為酰酸基蠟或甘油或聚乙二醇，加入量為0.1?1%，混合方式可以為干混或濕混；
2、將混合的物料加入一定形狀的模具中，溫壓成型，加熱溫度50?200°C，壓制壓力50?300MPa，得到一種陶瓷顆粒間互相接觸的預制體還體，厚度為3mm?80mm ；
3、將預制體坯體置于真空燒結(jié)爐中，抽真空至10?lOOPa，100?700°C間緩慢升溫，關(guān)閉真空閥，轉(zhuǎn)入保護氣氛爐，繼續(xù)升溫至1300?1600°C固化成型，得到一種復合材料用陶瓷預制體，其孔隙形態(tài)具有三維互通多尺寸構(gòu)型的特點。
[0015]實施例1:
1、將粒徑0.1mm?3mm的Al2O3.ZrO2陶瓷顆粒表面鍍镲預處理；
2、將上述陶瓷顆粒與0.5%聚乙烯、1%酰酸基蠟均勻混合，混合方式為干混；
3、將混合的物料加入模具中，溫壓成型，加熱溫度140°C，壓制壓力150MPa，得到一種厚度80mm的陶瓷顆粒間互相接觸的預制體還體；
4、將預制體坯體置于真空燒結(jié)爐中，抽真空至10Pa，通電燒結(jié)，100?700°C間緩慢升溫，關(guān)閉真空閥，充入保護氣體，再升溫至1500°C成型，得到一種復合材料用陶瓷預制體，孔隙形態(tài)具有三維互通多尺寸構(gòu)型的特點。
[0016]實施例2:
1、將粒徑3_?7_的Al2O3.S12陶瓷顆粒表面鍍鎳預處理；
2、將上述陶瓷顆粒與1%石蠟、0.1%甘油、30ml/100g酒精均勻混合；
3、將混合的物料加入模具中，溫壓成型，加熱溫度50°C，壓制壓力50MPa，得到一種厚度25mm的陶瓷顆粒間互相接觸的預制體坯體；
3、將坯體置于真空燒結(jié)爐中，抽真空至lOOPa，通電燒結(jié)，100?700°C間緩慢升溫進行脫脂，關(guān)閉真空閥，充入保護氣體，再升溫至1350°C成型，得到一種復合材料用陶瓷預制體，其孔隙形態(tài)具有三維互通多尺寸構(gòu)型的特點。
[0017]本發(fā)明是通過實施例來描述的，但并不對本發(fā)明構(gòu)成限制，參照本發(fā)明的描述，所公開的實施例的其他變化，如對于本領(lǐng)域的專業(yè)人士是容易想到的，這樣的變化應該屬于本發(fā)明權(quán)利要求限定的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種耐磨復合材料預制體的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)將陶瓷顆粒與粘結(jié)劑、潤滑劑均勻混合，粘結(jié)劑加入量為0.5?2%，潤滑劑加入量為0.1?1%，混合方式可以為干混或濕混； (2)將混合的物料放入一定形狀的模具中，溫壓成型，加熱溫度為50?200°C，壓制壓力為50?300MPa，得到一種陶瓷顆粒間互相接觸的預制體坯體； (3)將預制體坯體置于真空燒結(jié)爐中，抽真空至10?lOOPa，100?700°C間緩慢升溫，關(guān)閉真空閥，轉(zhuǎn)入保護氣氛爐，繼續(xù)升溫至1300?1600°C固化成型，得到一種復合材料用陶瓷預制體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨復合材料預制體的制備方法，其特征在于上述陶瓷顆粒為WC或Al2O3或SiC或ZrO 2或S1 2陶瓷顆粒或它們的復相陶瓷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨復合材料預制體的制備方法，其特征在于上述陶瓷顆粒為 Al2O3-S12或 Al 203-Zr02-Y2O3復相陶瓷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的耐磨復合材料預制體的制備方法，其特征在于上述陶瓷顆粒的粒徑為0.1mm?7mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨復合材料預制體的制備方法，其特征在于上述陶瓷顆粒需進行表面鍍鎳預處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨復合材料預制體的制備方法，其特征在于上述粘結(jié)劑為石蠟或聚乙烯或聚丙烯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨復合材料預制體的制備方法，其特征在于上述潤滑劑為酰酸基蠟或甘油或聚乙二醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨復合材料預制體的制備方法，其特征在于上述復合材料用陶瓷預制體的宏觀形狀可根據(jù)復合材料構(gòu)件的使用工況及性能需求調(diào)控，厚度為3_?80mmo
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨復合材料預制體的制備方法，其特征在于上述復合材料用陶瓷預制體的孔隙形態(tài)具有三維互通多尺寸構(gòu)型的特點。
【專利摘要】一種耐磨復合材料預制體的制備方法，其步驟是：（1）將陶瓷顆粒與粘結(jié)劑、潤滑劑均勻混合；（2）將混合的物料放入一定形狀的模具中，溫壓成型，得到一種陶瓷顆粒間互相接觸的預制體坯體；（3）將預制體坯體置于真空燒結(jié)爐中，抽真空至10～100Pa，100～700℃間緩慢升溫，關(guān)閉真空閥，轉(zhuǎn)入保護氣氛爐，繼續(xù)升溫至1300～1600℃固化成型，得到一種復合材料用陶瓷預制體。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其制作簡單方便、生產(chǎn)效率高，能使復合材料達到預期的耐磨性能，有效地延長了復合材料的使用壽命，而且本發(fā)明所采用Al2O3-ZrO2-Y2O3復相陶瓷物理性能可在廣泛范圍調(diào)控以適應不同的金屬基體，預制體厚度可根據(jù)耐磨構(gòu)件調(diào)整，能適合不同的耐磨構(gòu)件。
【IPC分類】C04B35-48, C04B35-622, C04B35-14, C04B35-56, C04B35-10, C04B35-565
【公開號】CN104692803
【申請?zhí)枴緾N201510081525
【發(fā)明人】鄭開宏, 王娟, 王秀連, 王海艷, 周楠, 王順成
【申請人】廣東省工業(yè)技術(shù)研究院(廣州有色金屬研究院)
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年2月15日