多孔陶瓷／钢铁基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术属于多孔陶瓷／金属基复合材料制备技术领域，特别公开了一种多孔陶瓷／钢铁基复合材料的制备方法。具体是利用真空负压铸渗工艺制备多孔陶瓷／钢铁基复合材料，首先，制作多孔陶瓷／钢铁基复合材料模型，在其表面涂刷真空负压铸造用涂料；其次，将多孔陶瓷／钢铁基复合材料模型置入真空负压铸造砂箱内，周边填入干石英砂，进行微振动，使干石英砂与模型之间紧实接触；再次，使砂箱处于密封状态，抽真空、浇铸、保持真空负压；最后，冷却、打箱、清理，即得到多孔陶瓷／钢铁基复合材料。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多孔陶瓷/金属基复合材料制备
，特别涉及一种多孔 陶瓷/钢铁基复合材料的制备方法。技术背景多孔陶瓷/金属基复合材料是耐磨、耐热、耐蚀工况中应用前景巨大的新型 材料。目前，多孔陶瓷/金属基的复合制备工艺有两种无压浸渗和压力(正压 力)浸渗。无压浸渗的复合材料由于没有压力，材料的密度在一定程度上不是 很理想，浸渗时间太长，陶瓷和金属界面容易析出新相，有些新相的产生对复 合材料有害，如SiC和Al的界面产物A1C，就对复合材料不利；压力浸渗的优 点是克服了多数预制体与金属体不浸润所造成的困难，保证了金属和预制体之 间良好的连接，并消除了气孔、縮孔等铸造缺陷，既可以制造整体复合制件， 也可以制造局部增强复合材料，但只能用于低熔点(700°C 800°C)的有色金 属复合材料的制备；多孔陶瓷/钢铁基复合材料具有更广阔的应用前景，但钢、 铁材料的熔点高(1500°C 1600°C)，因此，多孔陶瓷/钢铁基复合材料的制备 采取正压力浸渗复合工艺时，因对设备(压头和容器)的要求较高(耐高温性 能)，不能满足其复合技术要求，是该类复合材料制备的瓶颈，目前还没有类似 的研究报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多孔陶瓷/钢铁基复合材料的制备方法，能够 解决现有技术中，采取正压力浸渗复合工艺时，对压头和容器的耐高温性能要求较高的缺陷。本专利技术另辟蹊径，利用真空负压铸渗工艺制备多孔陶瓷/钢铁基复合材料， 具体技术方案包括以下步骤步骤一根据所需多孔陶瓷/钢铁基复合材料造型，准备多孔陶瓷，制作 相应的聚苯乙烯模型，所述聚苯乙烯模型包括浇冒装置，粘接多孔陶瓷和聚苯 乙烯模型组成多孔陶瓷/钢铁基复合材料模型，在其表面涂刷真空负压铸造用涂 料；步骤二将多孔陶瓷/钢铁基复合材料模型置入真空负压铸造砂箱内，周边 填入干石英砂，然后将真空负压铸造砂箱置于振动台上进行微振动，使干石英 砂与上述多孔陶瓷/钢铁基复合材料模型之间紧实接触；步骤三熔炼合金钢或合金铁金属液至出炉温度；所述金属液出炉前，用 塑料薄膜覆盖真空负压铸造砂箱表面，并用软泥封盖住塑料薄膜与砂箱边缘接 触的部位，使砂箱处于密封状态，开始抽真空，真空负压为0.03 0.05MPa; 然后用上述金属液进行浇铸，浇注后保持真空负压时间为5 20分钟；最后，冷却、打箱、清理，即得到多孔陶瓷/钢铁基复合材料。所述真空负压铸造用涂料是质量百分比为15%氧化铝粉、65%水、100%粘土、 10%聚乙烯醇的混合液。所述涂刷真空负压铸造用涂料为3 4次，且每涂刷涂料一次即烘干一次， 涂料厚度为0. 8 1.0mm。由于本专利技术采用真空负压铸渗工艺制备多孔陶瓷/钢铁基复合材料，不仅具 有上述正压力浸渗复合工艺的优点(无气孔、縮孔等铸造缺陷)，而且可以进行 多孔陶瓷和高熔点(1500°C 1600°C)的钢、铁材料的复合，设备耐热性能要 求不高；此外，由于材料失效总是从表层开始，制备表层具有一定厚度的复合材料既保证了整体材料的力学性能，又有利于复合铸渗，同时与钢铁复合时也 解决了工程结构安装(如焊接等)问题。 附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。图1是多孔陶瓷/钢铁基复合材料模型示意图；图2是实施例1中多孔陶瓷/钢铁基复合材料模型图；图3是实施例2中多孔陶瓷/钢铁基复合材料模型图；其中l.浇冒装置；2.聚苯乙烯模型；3.多孔陶瓷；4.真空负压阀门； 5.负压铸造砂箱。具体实施方式参照图1，多孔陶瓷/钢铁基复合材料的制备方法采用真空负压铸渗技术，具体实施方式如下步骤一，根据所需多孔陶瓷/钢铁基复合材料造型，准备多孔陶瓷，制作相 应的聚苯乙烯模型，所述聚苯乙烯模型包括浇冒装置，粘接多孔陶瓷和聚苯乙 烯模型组成多孔陶瓷/钢铁基复合材料模型，在其表面涂刷真空负压铸造用涂 料。具体为聚苯乙烯模型即EPS模型，为长方体，含浇冒装置，浇冒装置也 由聚苯乙烯材料制成，用胶带将多孔陶瓷粘接于EPS模型中间位置组成多孔陶 瓷/钢铁基复合材料模型，在模型所有表面涂刷真空负压铸造用涂料，涂料的主要成分(质量百分比)为15%氧化铝粉、60%水、10%粘土、 10%聚乙烯醇 的混合液。涂料涂刷3 4次，且每涂刷涂料一次即烘干一次，保证涂料厚度为 0.8 1.0nim。真空负压铸造用涂料制备方法为15%氧化铝粉、65%水、10% 粘土混合、搅拌30分钟后，加入10%聚乙烯醇再搅拌15分钟，静置并阴凉处存放，使用前先搅拌均匀。该涂料的作用和功能为(1)防止铸件粘砂；(2) 提高铸件表面光洁度；(3)加固砂型表面，防治冲砂；(4)保护并控制铸件的 凝固过程。步骤二将多孔陶瓷/钢铁基复合材料模型装在真空负压铸造砂箱内，周边 填入干石英砂，干石英砂粒度为30 70目；然后将真空负压铸造砂箱置于振动台上进行微振动，使干石英砂与上述多孔陶瓷/钢铁基复合材料模型之间紧实接触。步骤三熔炼合金钢金属液至出炉温度(1500°C 1600°C)。合金钢成分 (质量百分数)为C: 0. l 4.0%;Si:0. l 3.0%;Mn:0. l 20.0%;Cr:0. l 30. 0%;Mo:0. 1 3. 0%;V:0. 1 1. 0%。高温金属液出炉前30 45分钟，用塑料薄膜盖住装有模型的砂箱表面， 并用软泥封盖住塑料薄膜与砂箱边缘接触的部位，以便使砂箱处于密封状态； 开始浇注金属液前5 10分钟，启动真空负压系统，抽真空并保证铸型强度。 根据砂箱或铸件大小决定负压真空度，具体为砂箱体积1M3，真空真空负压 值为0.03MPa;砂箱体积2M3，真空负压值为0. 035MPa;砂箱体积3M3，真空负 压值为0. 04MPa;依此类推。如图1中铸件确定的真空负压值为0. 03 0. 05MPa。 上述工作准备好后，开始浇注高温金属液，浇注速度按照开始慢一中间 快一最后慢的原则进行，最后还要对液态收縮后的冒口进行补浇金属液，以 确保铸件凝固后无縮孔、縮松等缺陷；浇注结束后要求保持真空负压时间为5 20分钟。按照铸件壁厚确定保持真空负压时间，壁厚0.5 10mm时保持真空负 压时间为5分钟；壁厚11 20mm时保持真空负压时间为10分钟；壁厚21 30mm 时保持真空负压时间为15分钟；壁厚大于20咖时保持真空负压时间为15 20 分钟。按照铸件壁估计冷却时间， 一般为2小时，最后，打箱、清理，得到长方体形多孔陶瓷/钢铁基复合材料。通过上述制备方法的得到的多孔陶瓷/钢铁基复合材料，性能优良。多孔陶 瓷为网状开孔型，各孔间相互连通，高熔点金属液浇入模型时，首先是聚苯乙烯(EPS)材料气化并由真空负压系统排出，其次是金属液通过多孔陶瓷过程中， 由于真空负压的吸力致使金属液渗入并贯穿整体多孔陶瓷，最后冷却凝固后安 放多孔陶瓷的部位形成多孔陶瓷/钢铁基复合材料;一般无压铸渗或压力铸渗是 在金属容器中利用压头压力将金属液渗入多孔陶瓷内，而一般金属容器和压头 在保温和压力铸渗时难以与高熔点金属接触(金属容器和压头易被熔化和强度 下降)，制备陶瓷/金属基复合材料有明显的局限性。在本专利技术制备方法中，由 于复合材料制备是置于具有真空负压系统的干砂箱中，因此具有先进性和独创 性。这种工艺可以制备不同部位、不同厚度的多孔陶瓷/金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔陶瓷／钢铁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：根据所需多孔陶瓷／钢铁基复合材料造型，准备多孔陶瓷，制作相应的聚苯乙烯模型，所述聚苯乙烯模型包括浇冒装置，粘接多孔陶瓷和聚苯乙烯模型组成多孔陶瓷／钢铁基复合材料模型，在其表面涂刷真空负压铸造用涂料；步骤二：将多孔陶瓷／钢铁基复合材料模型置入真空负压铸造砂箱内，周边填入干石英砂，然后将真空负压铸造砂箱置于振动台上进行微振动，使干石英砂与上述多孔陶瓷／钢铁基复合材料模型之间紧实接触；步骤三：熔炼合金钢或合金铁金属液至出炉温度；所述金属液出炉前，用塑料薄膜覆盖真空负压铸造砂箱表面，并用软泥封盖住塑料薄膜与砂箱边缘接触的部位，使砂箱处于密封状态，开始抽真空，真空负压为０．０３～０．０５ＭＰａ；然后用上述金属液进行浇铸，浇注后保持真空负压时间为５～２０分钟；最后，冷却、打箱、清理，即得到多孔陶瓷／钢铁基复合材料。

【技术特征摘要】
1、一种多孔陶瓷/钢铁基复合材料的制备方法，包括以下步骤步骤一根据所需多孔陶瓷/钢铁基复合材料造型，准备多孔陶瓷，制作相应的聚苯乙烯模型，所述聚苯乙烯模型包括浇冒装置，粘接多孔陶瓷和聚苯乙烯模型组成多孔陶瓷/钢铁基复合材料模型，在其表面涂刷真空负压铸造用涂料；步骤二将多孔陶瓷/钢铁基复合材料模型置入真空负压铸造砂箱内，周边填入干石英砂，然后将真空负压铸造砂箱置于振动台上进行微振动，使干石英砂与上述多孔陶瓷/钢铁基复合材料模型之间紧实接触；步骤三熔炼合金钢或合金铁金属液至出炉温度；所述金属液出炉前，用塑料薄膜覆盖真空负压铸造砂箱表面，并用软泥封盖住塑料薄膜与砂...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍崇高，邢建东，高义民，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]