耐磨复合材料的制备方法和耐磨复合材料铸件的制备方法技术

本申请涉及一种耐磨复合材料的制备方法和耐磨复合材料铸件的制备方法，属于新材料制备技术领域。一种耐磨复合材料铸件的制备方法，包括：在压强为10MPa‑200Mpa的条件下，将金属熔体和经过预热处理的多孔状陶瓷预制体在金属模具中高压复合成型。采用高压复合成型工艺，对陶瓷多孔预制体和金属熔体进行压制，细化金属基体组织，同时提高陶瓷与金属界面结合强度，使得金属基体紧密包裹陶瓷颗粒，大幅提高复合材料的耐磨性能。

Preparation methods of wear-resistant composite materials and wear-resistant composite castings

【技术实现步骤摘要】
耐磨复合材料的制备方法和耐磨复合材料铸件的制备方法
本申请涉及新材料制备
，且特别涉及一种耐磨复合材料的制备方法和耐磨复合材料铸件的制备方法。
技术介绍
随着现代工业的不断发展，耐磨材料的消耗量与日俱增，传统钢铁材料已难以满足材料对耐磨性的需求。陶瓷颗粒增强金属基耐磨复合材料兼具陶瓷的高硬度、高耐磨性和金属良好的韧性，解决了传统钢铁材料中高硬度与强韧性矛盾的问题。目前，国内外对陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备主要有以下几种方法。第一种方法采用铸渗工艺。该方法能够实现陶瓷和金属的复合，耐磨性较好，但是由于陶瓷与金属的天然不润湿性，界面结合强度不足，陶瓷颗粒容易脱落。随后通过陶瓷颗粒表面改性，改善陶瓷的润湿性，提高复合强度，但是制备成本高，而且复合界面强度依然不稳定，导致复合材料耐磨性能提升有限。第二种方法采用粉末冶金工艺，实现陶瓷颗粒和金属粉末烧结成型。该方法优点是金属基体强度高和韧性好，但陶瓷与金属界面容易出现孔洞和裂纹等缺陷，在破碎煤矸石过程中陶瓷颗粒也容易出现脱落。第三种是镶嵌式复合磨辊，该产品制作工艺简单，成本低，但在磨损后期，高铬铸铁基体优先产生磨损，镶嵌的陶瓷棒凸出在磨辊表面，在遇到煤矸石时，容易断裂、脱落，磨损寿命提高有限。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本申请实施例的目的包括提供一种耐磨复合材料的制备方法和耐磨复合材料铸件的制备方法，以改善陶瓷颗粒和金属基体复合界面结合强度低的技术问题。第一方面，本申请实施例提供了一种耐磨复合材料的制备方法，包括：在压强为10MPa-200Mpa的条件下，将金属熔体和经过预热处理的多孔状陶瓷预制体在金属模具中高压复合成型。本申请采用高压复合成型工艺，对陶瓷多孔预制体和金属熔体进行压制，细化金属基体组织，同时提高陶瓷与金属界面结合强度，增加陶瓷复合层的厚度，大幅提高复合材料的耐磨性能。多孔状陶瓷预制体金属网架内经过低温段100-350℃热处理定型固化，提高多孔状陶瓷预制体强度，高压复合成型时多孔状陶瓷预制体经过高温段400-800℃预热处理，提高多孔状陶瓷预制体的温度，使其与金属熔体温度差减小，提高两者的结合能力，使其在高压复合过程中结构更加稳固，提高耐磨复合材料的力学性能。在本申请的部分实施例中，高压复合成型的压强为100MPa-150Mpa。该压强能够提高预制体和金属熔体复合程度，细化金属基体组织，增加陶瓷复合层的厚度，降低金属熔体爆裂的概率。在本申请的部分实施例中，多孔状陶瓷预制体的制备步骤包括：按重量份数计，将900-1100份陶瓷颗粒、15-55份纳米氧化铝粉、0.1-1份纳米氧化铈、0.1-1份纳米氧化钇、0.1-1份二氧化钛、0.5-5份高岭土、2.5-10份二氧化硅充分混合；再加入30-90份液态无机胶搅拌混合，将混合物和金属框架放入模具中制成所述多孔状陶瓷预制体。通过上述方法制得的多孔状陶瓷预制体具有较好的粘接强度，使得预制体在高压复合成型的过程中具有较好的稳固性，降低高压复合成型过程中预制体被压散的概率。在本申请的部分实施例中，热处理的步骤包括：将多孔状陶瓷预制体在100-350℃的条件下焙烧定型固化0.5-4h。该热处理条件使得多孔状陶瓷预制体结构更加稳固，高压复合成型时多孔状陶瓷预制体经过高温段400-800℃预热处理，多孔状陶瓷预制体与金属熔体的复合更好，形成的复合层更厚，复合层厚度10mm-100mm。在本申请的部分实施例中，耐磨复合材料中陶瓷颗粒的质量百分含量为10.0％-70.0％。该成分配比的耐磨复合材料具有较好的耐磨性。在本申请的部分实施例中，陶瓷颗粒粒度为5目-46目。该粒度的陶瓷颗粒能够保证耐磨性能，同时降低对复合界面结合强度的影响。在本申请的部分实施例中，陶瓷颗粒包括ZTA、Al2O3、ZrO2、B4C、SiC、Si3N4以及TiB2中的至少一种，金属包括高铬铸铁、球墨铸铁、高锰钢和低合金耐磨钢中的至少一种。第二方面，本申请实施例提供了一种耐磨复合材料铸件的制备方法，包括：由上述耐磨复合材料的制备方法得到单个耐磨件。将多个耐磨件按预定位置固定后，浇注金属熔体，将得到的铸坯进行热处理。该制备方法在得到耐磨性能较好的单个耐磨件后，通过二次浇注，利用钢液的铸渗固化，根据需求得到铸件，实现盘体制备以及耐磨件连接的一体化成型。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本申请实施例提供的耐磨复合材料结构示意图；图2为本申请实施例提供的耐磨复合材料铸件的工艺流程图；图3为本申请试验例1提供的三组耐磨复合材料的宏观组织形貌图；图4为本申请试验例2提供的耐磨复合材料高铬铸铁中M7C3碳化物组织形貌图；图5为本申请试验例3提供的耐磨复合材料的微观组织图；图6为本申请试验例4提供的经过冲击测试的耐磨复合材料微观组织图；图7为本申请试验例5提供的磨损实验结果图；图8为本申请对比例1提供的样件的磨损形貌图；图9为本申请对比例2提供的样件的磨损形貌图；图10为本申请对比例3提供的样件的磨损形貌图；图11为本申请实施例2提供的样件的磨损形貌图；图12为本申请实施例4提供的耐磨复合材料的微观结构图；图13为本申请实施例5提供的耐磨复合材料的微观结构图；图14为本申请实施例6提供的单个耐磨件外观形貌图；图15为本申请实施例6提供的整个复合材料铸件铸造毛坯外观形貌图；图16为本申请实施例7提供的耐磨复合材料的微观检测图。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。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。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本申请实施例的一种耐磨复合材料的制备方法和耐磨复合材料铸件的制备方法进行具体说明。本申请实施例提供了一种耐磨复合材料的制备方法，包括：在压强为10MPa-200Mpa的条件下，将金属熔体和经过预热处理的多孔状陶瓷预制体在金属模具中高压复合成型。在本申请的部分实施例中，多孔状陶瓷预制体的制备步骤包括：按重量份数计，将900-1100份陶瓷颗粒、15-55份纳米氧化铝粉、0.1-1份纳米氧化铈、0.1-1份纳米氧化钇、0.1-1份二氧化钛、0.5-5份高岭土以及2.5-10份二氧化硅充分混合；再加入30-90份液态无机胶搅拌混合，将混合物和金属框架放入模具中制成所述多孔状陶瓷预制体。通过上述方法制得的多孔状陶瓷预制体具有较好的粘接强度，使得预制体在高压复合成型的过程中具有较好的稳固性，降低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，包括：/n在压强为10MPa-200Mpa的条件下，将金属熔体和经过预热处理的多孔状陶瓷预制体在金属模具中高压复合成型。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
在压强为10MPa-200Mpa的条件下，将金属熔体和经过预热处理的多孔状陶瓷预制体在金属模具中高压复合成型。


2.根据权利要求1所述的耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述高压复合成型的压强为100MPa-150Mpa。


3.根据权利要求1或2所述的耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述多孔状陶瓷预制体的制备步骤包括：按重量份数计，将900-1100份陶瓷颗粒、15-55份纳米氧化铝粉、0.1-1份纳米氧化铈、0.1-1份纳米氧化钇、0.1-1份二氧化钛、0.5-5份高岭土以及2.5-10份二氧化硅充分混合，再加入30-90份液态无机胶搅拌混合，将混合物和金属框架放入模具中制成所述多孔状陶瓷预制体。


4.根据权利要求1所述的耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述热处理的步骤包括：将所述多孔状陶瓷预制体在100-350℃的条件下焙烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾继欣，付超，孔凡磊，任志恒，万伟，刘肖，林育君，战斗，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：发明
国别省市：广东;44