以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料及其制备方法、机械零件技术

本发明专利技术涉及复合材料领域，具体而言，提供了一种以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料及其制备方法、机械零件。所述以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料主要由以下各原料制备而成：莫来石、钠长石、Al2O3、尖晶石、云母、SiO2、金红石、硅灰石、珍珠岩、以及Fe。该复合材料具有较高的耐磨性和强度，材料的屈服强度为450～960MPa、抗拉强度为750～1600MPa、断面收缩率为18～55％、延伸率为10～35％、硬度为25～65HRC、冲击功为50～120J。

【技术实现步骤摘要】
以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料及其制备方法、机械零件
本专利技术涉及复合材料领域，具体而言，涉及一种以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料及其制备方法、机械零件。
技术介绍
磨损是材料的主要破坏形式之一，其造成的经济损失相当惊人，每年因磨损消耗的钢材已达数百万吨。陶瓷材料具有高硬度、高熔点、高化学稳定性等特点，服役过程中展现了优异的耐磨、耐热、耐蚀等性能，可在恶劣工况条件长期稳定运行，达到金属材料难以企及的作用。但由于陶瓷材料韧性差，不具备抵抗塑性变形和疲劳能力，且大型及形状复杂的零件成型困难，使得工程陶瓷在应一用中受到了较大的限制。陶瓷材料强化金属材料已成为研究的热点：CN101181741A采用工业Ti-Fe粉和B4C粉作为反应物，按照一定比例混合压坯后置于铸件内，通过自蔓燃反应在金属内形成Ti2B、TiC陶瓷增强颗粒，达到强化金属的目的。CN101195888A将Ti、Cr、C粉末用上述同样的方法加入铸件中，得到了(Ti、Cr)C、Cr7C3为陶瓷强化相的铁基复合材料。CN101214541A采用Ni、Ti和B4C压块制备了Ti2B、TiC陶瓷颗粒局部强化的锰钢。CN102366829A采用不同粒度的Al2O3颗粒强化提高的钢的表面强度和耐磨性。“高频熔炼制备Al2O3陶瓷颗粒增强耐热铁基复合材料”(计玉珍，鲍崇高，铸造技术，2008,29(7),888～889.)中采用高频加热熔炼结合负压铸渗工艺，制备了适合于高温摩擦磨损工况下使用的Al2O3陶瓷/耐热铁基表层复合材料。而CN1800090A利用Al粉和Fe2O3的自蔓燃反应，在钢管内壁制备了一层含有Al2O3的陶瓷层提高钢管的耐磨性。上述的专利技术专利基本上是在金属表面制备了一层含有陶瓷材料的复合层以强化金属材料，并未使金属材料的整体性能提高。CN101181741A是在铸造模型内预置可发生自蔓燃反应的压块，通过浇铸引燃反应生成Ti2B、TiC等在铸件的表面形成强化相；CN103436776A是将Cr3C2、Cr7C3或Cr23C6等陶瓷颗粒置于铸腔内，通过浇铸使陶瓷颗粒分布于工件的表面，以达到表面强化的目的，该方法不能实现材料的整体强化；并且在铸造型膜内发生自蔓燃反应，该反应不易控制，易导致放出大量气体，会导致铸件的孔洞增加，引起强度下降。而CN102366829A和“高频熔炼制备Al2O3陶瓷颗粒增强耐热铁基复合材料”在铸件表面添加Al2O3颗粒方法，目的是使Al2O3颗粒弥散分布于钢的基体中，以强化金属材料；但由于Al2O3与钢存在界面结合问题，使其强化效果达不到预想的目的。另外上述专利强化所采用的材料为Ti、Cr、B4C或规定目数的Al2O3粉末，其材料的成本较高。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料，该复合材料具有良好的耐磨性和较高的强度。本专利技术的第二目的在于提供一种以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料的制备方法，该方法工艺步骤简单，系统熔点低，节约能源，制造成本低，适合工业化生产。本专利技术的第三目的在于提供一种机械零件，该机械零件包括上述以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料，因而至少具有耐磨性能好和机械强度高的优点，能够承受长期强烈的磨损，机械零件不易损坏，节约资源，降低了更换成本。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料，所述复合材料主要由以下质量百分比的各原料制备而成：莫来石0.5％～2.5％、钠长石0.5％～2.5％、Al2O30.5％～2.0％、尖晶石0.2％～1.5％、云母0.05％～1.0％、SiO20.2％～1.2％、金红石0.2％～2.0％、硅灰石0.05％～1.2％、珍珠岩0.02％～1.2％、以及Fe余量。作为进一步优选地技术方案，所述复合材料主要由以下质量百分比的各原料制备而成：莫来石1％～2.5％、钠长石1％～2.5％、Al2O31％～2.0％、尖晶石0.5％～1.5％、云母0.1％～1.0％、SiO20.3％～1.2％、金红石0.5％～2.0％、硅灰石0.1％～1.2％、珍珠岩0.1％～1.2％、以及Fe余量。作为进一步优选地技术方案，所述复合材料主要由以下质量百分比的各原料制备而成：莫来石1％～2％、钠长石1％～2％、Al2O31％～1.5％、尖晶石0.5％～1％、云母0.1％～0.8％、SiO20.3％～1％、金红石0.5％～1.5％、硅灰石0.1％～1％、珍珠岩0.1％～1％、以及Fe余量。作为进一步优选地技术方案，莫来石、钠长石、Al2O3、尖晶石、云母、SiO2、金红石、硅灰石和珍珠岩的粒度各自独立地为1～20μm。作为进一步优选地技术方案，Fe的来源为废钢。作为进一步优选地技术方案，所述复合材料包括铸态、锻造态或热轧态中的至少一种。第二方面，本专利技术提供了一种上述以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将配方量的各原料混合并冶炼，然后冷却即可。作为进一步优选地技术方案，包括以下步骤：将Fe加热至500～700℃；然后与干燥且混合均匀的剩余原料混合，并加热至1650℃以上；最后冷却；优选地，剩余原料之间的混合时间为1～6h。作为进一步优选地技术方案，所述复合材料采用中频炉或电弧炉制备得到。第三方面，本专利技术提供了一种机械零件，包括上述以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料主要以莫来石和钠长石等为陶瓷相组元，各原料间协同配合，共同使得复合材料具有耐磨性能好和强度高的优点，材料的屈服强度为450～960MPa、抗拉强度为750～1600MPa、断面收缩率为18～55％、延伸率为10～35％、硬度为25～65HRC、冲击功为50～120J。本专利技术提供的以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料的制备方法工艺步骤简单，在制备过程中，随着陶瓷相和铁的全部融化，形成了液相陶瓷和铁水复合液相，二者相互混合，另外由于液相陶瓷具有较高的表面能，因此能使陶瓷相均匀分布于铁水中，冷却后即可得到质地均匀的以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料；由于莫来石、钠长石、金红石和硅灰石之间可以互溶，因此能够降低系统的熔点，有利于节约能源，降低制造成本，适合工业化生产。本专利技术提供的机械零件包括上述以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料，因而至少具有耐磨性能好和机械强度高的优点，能够承受长期强烈的磨损，机械零件不易损坏，节约资源，降低了更换成本。附图说明图1为本专利技术中陶瓷含量为14％的复合材料的金相组织显微照片；图2为本专利技术中陶瓷含量为10％的复合材料的金相组织显微照片。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。需要说明的是：本专利技术中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方法可以相互组合形成新的技术方案。本专利技术中，如果没有特别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料，其特征在于，所述复合材料主要由以下质量百分比的各原料制备而成：莫来石0.5％～2.5％、钠长石0.5％～2.5％、Al2O3 0.5％～2.0％、尖晶石0.2％～1.5％、云母0.05％～1.0％、SiO2 0.2％～1.2％、金红石0.2％～2.0％、硅灰石0.05％～1.2％、珍珠岩0.02％～1.2％、以及Fe余量。

【技术特征摘要】
1.一种以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料，其特征在于，所述复合材料主要由以下质量百分比的各原料制备而成：莫来石0.5％～2.5％、钠长石0.5％～2.5％、Al2O30.5％～2.0％、尖晶石0.2％～1.5％、云母0.05％～1.0％、SiO20.2％～1.2％、金红石0.2％～2.0％、硅灰石0.05％～1.2％、珍珠岩0.02％～1.2％、以及Fe余量。2.根据权利要求1所述的以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料，其特征在于，所述复合材料主要由以下质量百分比的各原料制备而成：莫来石1％～2.5％、钠长石1％～2.5％、Al2O31％～2.0％、尖晶石0.5％～1.5％、云母0.1％～1.0％、SiO20.3％～1.2％、金红石0.5％～2.0％、硅灰石0.1％～1.2％、珍珠岩0.1％～1.2％、以及Fe余量。3.根据权利要求1所述的以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料，其特征在于，所述复合材料主要由以下质量百分比的各原料制备而成：莫来石1％～2％、钠长石1％～2％、Al2O31％～1.5％、尖晶石0.5％～1％、云母0.1％～0.8％、SiO20.3％～1％、金红石0.5％～1.5％、硅灰石0.1％～1％、珍珠岩0.1％～1％、以及Fe余量。...

【专利技术属性】
技术研发人员：濮训春，
申请(专利权)人：濮训春，
类型：发明
国别省市：安徽,34