本发明专利技术提供了一种颗粒增强金属基复合材料界面结合性能检测试样的制备方法及检测方法，所述制备方法包括依次进行的预制体模具设计、制备预制体、铸造模具设计、铸造毛坯和加工待检测试样，制得的检测试样可用于颗粒增强金属基复合材料界面结合性能的检测，根据试验结果即可实现复合材料界面结合性能的准确分析，解决了现有技术中颗粒增强金属基复合材料仅采用冶金结合时，无法进一步定量评价界面结合性能的难题。性能的难题。性能的难题。
【技术实现步骤摘要】
一种颗粒增强金属基复合材料界面结合性能检测试样的制备方法及检测方法
[0001]本专利技术属于颗粒增强金属基复合材料检测
，尤其涉及一种颗粒增强金属基复合材料界面结合性能检测试样的制备方法及检测方法。
技术介绍
[0002]现代工业的发展对材料的耐磨性要求越来越高，矿山、建材、冶金、电力、化工、机械和农业等部门使用的机械设备的易损件要受到矿石、砂石以及土壤等各种物料和研磨体的磨损，特别是各种破碎粉磨设备。因此，耐磨材料的消耗量是非常巨大的。而随着工程领域不断向前发展迈进，各行业对材料耐磨性能的要求也越来越苛刻，传统单一的金属、陶瓷等工程材料，已很难满足现在工业的要求。
[0003]如今金属基复合材料已作为耐磨、耐蚀、耐热材料而被开发和利用，颗粒增强金属基复合材料是由金属材料与硬颗粒相组成的复合材料，兼具了硬颗粒与金属的优异性能，具有更高的强度、硬度、模量及更好的耐磨、耐热等性能，其被广泛应用于矿山、物料破碎、运输等工业设备的耐磨件。
[0004]金属基体与硬颗粒的界面结合性能对这种材料的耐磨性有重要的影响。目前对界面结合性能的评价只能通过电镜能谱分析判定结合方式。这种复合材料界面的主要结合方式为机械结合和冶金结合。而当界面结合方式相同时，则无法进一步评价界面结合性能。有研究表明复合材料的冲击性能与界面性能的优异有直接关系，因此，对复合材料进行冲击韧性检测，可以进一步评价复合材料的界面结合性能。
[0005]冲击韧性检测通常采用GB/T229
‑
2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》，需要制备冲击韧性标准试样。高硬度材料一般采用线切割方法加工，但是颗粒增强金属基复合材料中有不导电硬颗粒，所以线切割无法加工。另外，由于耐磨件结构和尺寸各异，直接在产品上取样难度较大。
[0006]因此，提供一种颗粒增强金属基复合材料界面结合性能检测试样的制备方法成为复合材料性能评价亟待解决的问题之一。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于提供一种颗粒增强金属基复合材料界面结合性能检测试样的制备方法及检测方法，制得的检测试样可用于复合材料冲击韧性的检测，根据试验结果即可实现颗粒增强金属基复合材料界面结合性能的准确分析，进而为判断该复合材料的耐磨性提供参考。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面本专利技术提供了一种颗粒增强金属基复合材料界面结合性能检测试样的制备方法，所述制备方法包括：
[0010](1)根据待检测试样尺寸要求，制作预制体模具；
[0011]所述预制体模具中填充有防粘材料；
[0012](2)将硬颗粒、界面活性剂与耐高温材料混合，得到的混合料填充于预制体模具中整形，经固化、去除防粘材料后，得到预制体；
[0013](3)将步骤(2)所述预制体装入消失模内，得到浇铸模具，然后将浇铸模具组合成模型簇；
[0014](4)在步骤(3)所述模型簇的外表面涂覆耐火涂料，烘干后置于砂箱中，然后在振动台上振动造型，之后将金属液注入模型簇中进行浇注，冷却后依次进行清砂、热处理，得到待检测试样坯体；
[0015](5)将步骤(4)所述待检测试样坯体依次进行线切割和磨削，得到检测试样。
[0016]本专利技术所述制备方法包括依次进行的预制体模具设计、制备预制体、铸造模具设计、铸造毛坯和加工待检测试样，制得的检测试样可用于颗粒增强金属基复合材料界面结合性能(即冲击韧性)的检测，根据试验结果即可实现复合材料界面结合性能的准确分析，解决了现有技术中颗粒增强金属基复合材料仅采用冶金结合时，无法进一步定量评价复合材料界面结合性能的难题。
[0017]本专利技术复合材料的冲击韧性和界面结合性能具有较强的相关性，因此可以用冲击韧性区别复合材料冶金结合时的界面结合性能。
[0018]值得说明的是，本专利技术提供的制备方法还可为研究颗粒增强金属基复合材料中界面活性剂类型、硬颗粒粒径、硬颗粒的体积分数、金属液(基材)成分、浇注温度或热处理温度等因素对颗粒增强金属基复合材料界面结合性能的影响提供了技术支持。
[0019]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述预制体模具的材质包括模具钢，优选为42CrMo。
[0020]本专利技术中，GB/T229
‑
2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》标准中要求的标准试样为10
×
10
×
55mm的长方体。因此，将预制体模具的尺寸确定为10
×
10
×
55mm。
[0021]优选地，步骤(1)所述防粘材料包括防粘纸，优选为称量纸。
[0022]本专利技术中，为了便于预制体脱模，在预制体模具中放置防粘材料，防粘材料根据预制体模具的形状和尺寸进行制作。
[0023]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述硬颗粒、界面活性剂与耐高温材料混合的方法为：
[0024]将界面活性剂与耐高温材料搅拌混合后，然后向其加入硬颗粒搅拌混合；
[0025]优选地，根据拟进行界面结合性能检测复合材料的体积分数，确定步骤(2)所述硬颗粒、界面活性剂与耐高温材料的用量。
[0026]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述硬颗粒的粒径为0.052mm
‑
5mm，例如可以是0.1mm、0.3mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm或4.5mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0027]优选地，步骤(2)所述界面活性剂包括铁粉、钛粉、铬粉、镍粉或氧化铈粉中的任意一种。
[0028]本专利技术中，界面活性剂可以改善颗粒与基体的润湿性。
[0029]优选地，步骤(2)所述耐高温材料包括耐高温胶。
[0030]优选地，步骤(2)所述固化前还包括：将整形后的混合料与防粘材料从预制体模具
中一同取出。
[0031]本专利技术中，步骤(2)所述去除防粘材料的方法为：在防粘材料表面喷洒适量水，使防粘材料上的耐高温材料失效，便可将防粘材料去除而不破坏预制体形状。
[0032]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(3)所述消失模外表面与预制体表面之间的距离为10
‑
15mm，例如可以是10.5mm、11mm、11.5mm、12mm、12.5mm、13mm、13.5mm、14mm或14.5mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0033]值得说明的是，为了确保金属液能够渗入硬颗粒间隙，避免渗入质量随机变化以及确保预制体受热均匀，消失模应将预制体包裹其中，不应有暴露面。
[0034]本专利技术采用数控雕刻机制作消失模，需对消失模外表面与预制体表面之间的距离进行控制，优选为10
‑
15mm，若两者之间的距离过短，则金属液渗入压力不够，铸造缺陷增多；若两者之间的距离过本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种颗粒增强金属基复合材料界面结合性能检测试样的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：(1)根据待检测试样尺寸要求，制作预制体模具；所述预制体模具中填充有防粘材料；(2)将硬颗粒、界面活性剂与耐高温材料混合，得到的混合料填充于预制体模具中整形，经固化、去除防粘材料后，得到预制体；(3)将步骤(2)所述预制体装入消失模内，得到浇铸模具，然后将浇铸模具组合成模型簇；(4)在步骤(3)所述模型簇的外表面涂覆耐火涂料，烘干后置于砂箱中，然后在振动台上振动造型，之后将金属液注入模型簇中进行浇注，冷却后依次进行清砂、热处理，得到待检测试样坯体；(5)将步骤(4)所述待检测试样坯体依次进行线切割和磨削，得到检测试样。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述预制体模具的材质包括模具钢，优选为42CrMo；优选地，步骤(1)所述防粘材料包括防粘纸，优选为称量纸。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述硬颗粒、界面活性剂与耐高温材料混合的方法为：将界面活性剂与耐高温材料搅拌混合后，然后向其加入硬颗粒搅拌混合；优选地，根据拟进行界面结合性能检测复合材料的体积分数，确定步骤(2)所述硬颗粒、界面活性剂与耐高温材料的用量。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述硬颗粒的粒径为0.052mm
‑
5mm；优选地，步骤(2)所述界面活性剂包括铁粉、钛粉、铬粉、镍粉或氧化铈粉中的任意一种；优选地，步骤(2)所述耐高温材料包括耐高温胶；优选地，步骤(2)所述固化前还包括：将整形后的混合料与防粘材料从预制体模具中一同取出。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述消失模外表面与预制体表面之间的距离为10
‑
15mm。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)耐火涂料的涂层厚度为2.0
‑
2.5mm。7.根据权利要求1
‑
6任一项所述的制备方法，其特征在于，根据拟进行界面结合性能检测复合材料的成分组成，确定步骤(4)所述金属液的化学成分组成；优选地，步骤(4)所述浇注的温度为1680
‑
1700℃；优选地，步骤(4)所述热处理的温度为950
‑
100...
【专利技术属性】
技术研发人员：柴金荣，杨淇耀，王占朝，陈泓宇，潘兴东，王勇，魏毅龙，
申请(专利权)人：中煤科工清洁能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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