一种局部复合耐磨材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种局部复合耐磨材料的制备方法，该方法制备的局部复合耐磨材料是由高合金材料的耐磨层、冶金过渡层、基体金属层组成。其制备方法选用高合金粉芯管丝，根据工件工作面的形状，裁剪、卷制或叠加制成相似结构；按照铸造工艺造型，将制作好的高合金粉芯管丝预埋入砂型型腔中，电炉冶炼基体金属材料，达到浇注温度后，浇注入砂型中，室温冷却凝固，清砂处理，便得到由高合金耐磨层、冶金过渡层、基体金属层组成的复合材料。该制备工艺可控性强，操作简便，高合金耐磨材料与基体金属形成良好冶金结合，整体性能高，可广泛应用于矿山、电力、冶金、煤炭、建材等耐磨领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属基复合材料
，特别涉及到一种局部复合耐磨材 料的制备方法。
技术介绍
在现代工业生产中，很多重要的机械设备及其零部件处在高速、高温、 高压、重载等恶劣的工况条件下，对材料性能的要求不断提高，单一材料的 性能很难满足使用要求。利用表面工程技术在金属材料表面生成一层性能优 异并与基体结合牢固的复合材料，既保持了金属材料韧性、塑性优良的特点， 又能发挥增强材料耐磨性好的特点，既满足了在恶劣工况下对材料的性能要 求，又降低了成本，具有很好的应用前景。目前，金属基复合材料已成为各国高新技术研究开发的重要领域，制备 方法主要有粉末冶金、热挤压、熔渗、搅拌铸造、热喷涂、原位生成等。粉 末冶金是通过粉末压制或注射成形，然后在一定的温度下进行烧结，通过物质原子的扩散，实现颗粒之间的固结，烧结时间长，能耗高；热挤压是通过 施加外压使液态金属渗入增强材料的预制件缝隙中凝固成形，主要用于铝、 镁等低熔点有色金属材料复合，对于高熔点钢铁金属材料很难应用；熔体浸 渗是将金属液体浸渗入多孔的粉末预制块中，这种方法存在一个金属液与粉 末的润湿性问题，同时预制块多用粘结剂制作，在高温下产生气体，容易形 成气 L;搅拌铸造法是将陶瓷粉末直接加入到基体金属液中，并进行一定方 式的搅拌，然后浇铸成形，由于颗粒细小，不易进入和均匀分散到金属液体 中；热喷涂工艺存在对材料的选择较窄、耐磨层太薄、界面结合强度偏低等 缺陷；原位自生成是增强体在基体金属内部自己生成和生长的方法，基体与增强材料间的相容性好，界面清洁干净、结合牢固，有较优异的力学性能， 但可选择的材料体系有限，共晶增强材料的体积分数也无法调整。金属基复 合耐磨材料优异的综合性能，已经显示出在许多领域的巨大应用潜力，但是 由于还存在制造成本太高，工艺复杂等因素的影响，应用范围还受到很大限 制。有人利用合金粉芯管丝进行堆焊复合，在金属基体表面堆焊一层耐磨层, 但必须配备专用的堆焊设备，作业时间较长，效率低，二者不能形成良好的 冶金结合，耐磨层容易剥落开裂，适用范围也有限。制备金属基复合耐磨材 料，首要工作是降低制造成本，简化工艺。铸造法通常成本低，且设备简单, 更适用于工业化的批量生产，更具有商业前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供，该方法制 备的局部复合耐磨材料，是在工件表面形成一层高合金耐磨材料，使其具有 优良的耐磨性能，同时与基体金属冶金结合融为一体，保留了金属基体的良 好韧性，二者性能优势互补，可应用于多种工况条件。为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案，其特征在于，该方法选用高合金粉 芯管丝，将高合金粉芯管丝按照工件的工作面形状剪切、弯制成与工件相似 的结构，并预埋入按照铸造工艺要求制作的砂型中，然后将冶炼好的基体金 属液浇入砂型中，待砂型冷却凝固后清砂处理，即可获得由高合金耐磨层、 冶金过渡层、基体金属层组成的局部复合耐磨材料。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点1、由于采用细直径的管丝，内部填充高合金粉末，在基体金属液的高 温作用下，合金粉末溶解弥散，与基体金属液发生冶金化合反应，同时由于 合金粉末的吸热作用，降低了局部的温度，縮短了结晶过程，阻碍了合金元 素的进一步扩散，从而使管丝内的合金元素在原位富集，晶粒显著细化，析出大量弥散的高硬度的硬质化合物，凝固后便形成了高合金耐磨层，并与基 体金属形成良好的冶金过渡结合，界面结合牢固，耐磨性与韧性有机统一， 整体性能显著提高。2、 合金粉末可根据工件的使用要求进行配比，成分可调，适应性广。3、 由于采用了较纯的合金粉末，不含粘结剂等杂质，因此不会产生气 孔、夹渣等缺陷，内部组织性能优良。4、 可根据工件的工作面磨损要求，设置耐磨层厚度，达到最佳使用效 果，节约大量贵重金属。5、 制成的复合材料可根据使用要求，进行二次加工或处理，工艺性能好。6、 由于合金粉芯管丝具有一定的塑性，成型性好，可适用于多种形状 结构的产品。7、 采用冶金铸造法制备，不存在润湿性问题，工艺简便，成本较低。附图说明图1是本专利技术的局部复合耐磨材料结构示意图； 图2是本专利技术的局部复合耐磨材料制备方法示意图 以下结合附图和专利技术人给出的实施例对本专利技术作进一步详细说明。具体实施例方式按照本专利技术的局部复合耐磨材料制备方法，按以下述步骤进行1、 选用一定成分和一定直径规格的高合金粉芯管丝(市售)，直径为4>2mm 4)5mm，管丝内部填充有高合金粉末，高合金粉末粒度为50-200目。2、 根据工件的工作面形状，将管丝剪切、弯制成型，预埋并固定在砂 型型腔内；弯制成型后所占体积为耐磨层的20%~50%。3、 按照铸造工艺要求制作砂型和浇冒口，砂型是采用树脂砂或水玻璃 砂，按照铸造工艺要求制作，4、 将冶炼好的基体金属液浇注入砂型中，注满为止；基体金属可采用 中频感应电炉或电弧炉熔炼，材质可根据使用工况条件选用普通碳钢、合金 钢、高锰钢等。5、 砂型室温冷却，待基体金属液凝固后，清砂处理，即可制成局部复 合耐磨材料。本专利技术的机理是,合金粉芯管丝在基体金属液的高温作用下，发生熔化、 溶解，大量合金元素与金属液产生冶金化合反应，在原位生成高度弥散的合 金组织，最后冷却凝固后即形成一层高合金耐磨材料，该高合金耐磨材料与 基体金属液冶金过渡结合融为一体，即可制成耐磨性与韧性良好匹配的复合 材料。以下是专利技术人给出的实施例，需要说明的是，本专利技术不限于这些实施例。 实施例l:制作35钢与高铬合金的复合耐磨材料 参见图2，本实施例按照以下步骤进行1、 选用3.2mm直径的合金粉芯管丝4，合金粉为高碳铬铁粉，粒度 80~120目，按照工件结构，将管丝剪切、弯制、固定成形；2、 采用树脂砂，按照铸造工艺要求制作浇注工件的砂型7，砂型7中 间制作浇冒口6，并将制成的合金粉芯管丝4，按照占工件耐磨层的40%体 积比例，预埋在砂型7的型腔5内；3、 选用35钢材质，用电弧炉冶炼，待温度达到160(TC出炉，通过浇 冒口 6，将35钢液浇入砂型7的型腔5内，直至型腔5注满为止；4、 砂型7室温冷却，待金属液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，即 制成由高铬合金耐磨层1、冶金过渡层2和35钢基体金属层3组成的复合 耐磨材料(图1)。实施例2:制作高锰钢与高铬钼合金的复合耐磨材料 本实施例按照以下步骤进行1、 选用2.0mm直径的合金粉芯管丝4，管丝内填充的合金粉为高碳铬 铁粉与钼铁粉的混合物(市售，高碳络铁粉与钼铁粉的比例为85: 15)，粒 度100-150目，按照工件结构和工作面形状，将合金粉芯管丝、弯制、固定 成形；2、 采用玻璃砂，按照铸造工艺要求制作浇注工件的砂型7，砂型7中 间制作浇冒口 6，并将制作成形的合金粉芯管丝4按照占耐磨层50%的体积 比例预埋在砂型7的型腔5内；3、 选用高锰钢材质，用中频感应电炉冶炼，待温度达到1550'C出炉， 通过浇冒口6，将高锰钢液浇入型腔5内，直至型腔5注满为止；4、 砂型7室温冷却，待高锰钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理， 即制成由高铬钼合金耐磨层1、冶金过渡层2、高锰钢基体金属层3组成的 复合耐磨材料。当然，按照本专利技术的方法，根据工件的实际工况，合金粉芯管丝4也可 以选用高碳铬铁粉中添加适量的钨铁粉或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种局部复合耐磨材料的制备方法，其特征在于，该方法选用高合金粉芯管丝，将高合金粉芯管丝按照工件的工作面形状剪切、弯制成与工件相似的结构，并预埋入按照铸造工艺要求制作的砂型中，然后将冶炼好的基体金属液浇入砂型中，待砂型冷却凝固后清砂处理，即可获得由高合金耐磨层、冶金过渡层、基体金属层组成的局部复合耐磨材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：岑启宏，许云华，阮晓光，付永红，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]