CN100443621C

CN100443621C - 氮化铬丝网铜基复合材料的制备工艺

Info

Publication number: CN100443621C
Application number: CNB2007100174319A
Authority: CN
Inventors: 刘环; 许云华; 张胜利; 王娟
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2027-02-14
Also published as: CN101012538A

Abstract

本发明公开了一种氮化铬丝网铜基复合材料的制备工艺，该制备工艺包括以下步骤：用铬金属丝编织铬金属丝网；铬金属丝网放入气体氮化炉中，于900℃～1500℃，保温1～6小时，使铬金属丝网的铬与氮化气氛氮气或氨气充分反应，得到氮化铬丝网；将制作好的氮化铬丝网固定在耐磨工件铸型的相应部位，合型、浇注；熔炼铜合金，得到液态铜合金；采用铸造方法将液态铜合金浇入耐磨工件的铸型中。用该方法制备的复合材料能够更好的满足抗冲击性、耐腐蚀性、耐高温、耐磨损性等多种工况要求的，具有使用寿命长、价格低的耐磨、耐腐蚀、耐高温的优点。

Description

氮化铬丝网铜基复合材料的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种耐磨复合材料的制备工艺，特别涉及一种氮化铬丝网铜基复合材料的制备工艺。本发明应用于电力、电工、矿山、冶金、机械制造、铁路、船舶等行业耐磨、耐腐蚀材料的制造工艺。

背景技术

铜和铜合金具有高的导电性，导热性，耐腐蚀性及优良的工艺成型性，因而被广泛应用于电力、电工、矿山、冶金、机械制造、铁路、船舶等。但是由于铜和铜合金的耐磨损性能不高而使其应用受到限制。

目前生产上在提高铜及铜合金的耐磨损性能方面，出现了不同的方法，如合金化法、热处理法等，这些方法虽然能够提高铜及铜合金的耐磨损性能，但提高幅度不理想。近年来，复合材料的研究和发展较快，出现了表面铸渗法铜合金表面增强复合材料、颗粒增强铜基复合材料，纤维增强铜基复合材料等，这些耐磨复合材料的应用使零件的耐磨性和使用寿命大大提高，但由于这些耐磨复合材料的制备工艺难以控制稳定，如颗粒增强铜基复合材料中颗粒增强相的均匀性难以控制，使得耐磨复合材料的推广应用受到限制。针对不同的工况，从材质、内部结构、制造工艺等方面进行深入研究，开发出一种新的耐磨复合材料的制备工艺，以提高铜及其合金的耐磨性。现有技术中，有采用钢、合金钢金属丝网与陶瓷耐磨材料的复合工艺，对材料的耐磨损性等性能指标进行了改进和提高，但这些技术耐磨性能提高不显著，得到的复合材料韧性较差。现有技术中，还有通过对零件整体氮化提高零件表面耐磨性能的技术，但这种技术只能在整个零件的全部外表形成很薄的氮化层，不能根据需要提高零件局部的耐磨性及调整耐磨层的厚度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种氮化铬丝网铜基复合材料的制备工艺，用该方法制备的复合材料能够更好的满足抗冲击性、耐腐蚀性、耐高温、耐磨损性等多种工况要求的，具有使用寿命长、价格低的耐磨、耐腐蚀、耐高温的优点。

本发明解决技术问题的技术方案是这样实现的：

该制备工艺包括以下步骤：

(1)、用铬金属丝编织铬金属丝网；

(2)、铬金属丝网放入气体氮化炉中，于900℃～1500℃，保温1～6小时，使铬金属丝网的铬与氮化气氛氮气或氨气充分反应，得到氮化铬丝网；

(3)、将制作好的氮化铬丝网固定在耐磨工件铸型的相应部位，合型后等待浇注；

(4)、熔炼铜合金，得到液态铜合金；

(5)、采用铸造方法将液态铜合金浇入耐磨工件的铸型中。

所述铬金属丝直径为0.01～2.5mm。

所述铬金属丝网编织成单层或多层矩形，其间距为在0.01～10.0mm。

所述铬金属丝网根据放置的耐磨工件部位及尺寸确定铬金属丝网的形状及尺寸，进行裁剪，并压制成与耐磨工件一致的形状。

对制成所需形状和尺寸的铬金属丝网用酸或丙酮洗涤，进行表面除锈、除污和除油处理；用碱液去除表面氧化皮。

所述步骤(5)采用铸造方法为重力砂型铸造、离心铸造、差压铸造、低压铸造或真空吸铸。

本发明的有益效果是：

1、本发明将铬金属丝网在氮化炉中，在氮化气氛氮气或氨气中使铬与氮气或氨气发生反应，得到高硬度、耐磨、耐腐蚀的氮化铬丝网，然后用铸造的方法制备复合材料，一方面利用氮化铬丝网强化基体，提高了基体金属的耐磨性、耐腐蚀、耐高温性，另一方面，解决了颗粒增强复合材料制备中，增强相难以均匀化分布的难题，并可以根据需要使增强相在金属中随意分布。

2、本发明的氮化铬丝网铜基复合材料制备工艺中，既可根据不同的工况，将氮化铬丝网固定于铸型的局部，浇注液态铜合金后冷却，得到局部耐磨、耐腐蚀的零件，复合层厚度可根据工况要求进行调整；又可将氮化铬丝网固定于整个铸型型腔中浇注液态金属后冷却，提高整个零件的耐磨、耐腐蚀性。

3.该工艺可控性强、成品率高、生产质量稳定，适用于任何形状、任何大小规格的耐磨、耐腐蚀零件，应用面广。

附图说明

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明氮化铬丝网铜基复合材料的制备工艺流程图；

图2为本发明实施例轴套主视图；

图3为本发明氮化铬丝网截面图；

图4为本发明氮化铬丝网复合材料轴套主视图；

图5为本发明氮化铬丝网复合材料轴套局部放大图；

图6为本发明实施例圆盘主视图；

图7为圆盘俯视图；

图8氮化铬丝网11主视图；

图9氮化铬丝网11俯视图；

图10氮化铬丝网12主视图；

图11氮化铬丝网12俯视图；

图12氮化铬丝网复合材料圆盘主视图；

图13氮化铬丝网复合材料圆盘俯视图。

具体实施方式

本氮化铬丝网铜基复合材料是由氮化铬丝网与铜合金采用铸造的方法复合而成。

本发明铸造方法可以采用重力砂型铸造、离心铸造、差压铸造、低压铸造、真空吸铸的铸造方法。根据耐磨、耐腐蚀、耐高温零件特点，选择采用重力砂型铸造、或离心铸造、差压铸造、低压铸造、真空吸铸的铸造方法，并制作铸造耐磨、耐腐蚀、耐高温零件用铸型，同时根据工况要求确定在铸型中放置氮化锆丝网的位置，从而确定氮化铬丝网的形状及尺寸。

本发明铬金属丝网根据耐磨层厚度编织成单层或多层矩形或正方形。耐磨层薄可编织成单层，耐磨层厚可编织成多层。

实施例1

氮化铬丝网-锡青铜轴套实施例

如图2至4所示，轴套3截面为圆环形。实际应用中要求零件上两端内圆柱面4和内圆柱面5耐磨。因此铸造时，将氮化铬丝网1放置在铸型中与内圆柱面4和内圆柱面5相应的部位。采用重力砂型铸造的铸造方法(也可以采用差压铸造、低压铸造、真空吸铸的铸造方法)，并制作铸造用铸型。根据实际使用中，轴套3上圆柱面4和内圆柱面5的磨损情况，确定氮化铬丝网1的形状、尺寸。

本实施例采用氮化铬丝网。铜合金2采用锡青铜。

制作氮化铬丝网-锡青铜轴套步骤如下：

a.选用直径为为0.01～2.5mm的铬金属丝。

b.用铬金属丝编织多层铬矩形金属丝网，多层矩形铬金属丝网中铬金属丝间距一般控制在0.01～10.0mm。

c.根据放置氮化铬丝网1的部位及尺寸确定铬金属丝网的形状及尺寸，对多层矩形铬金属丝网进行裁剪，并制成所需形状、尺寸。

d.对制作成所需形状、尺寸的铬金属丝网用HNO₃:HF:H₂O的酸液洗涤，进行除锈、除油、除污处理；用碱液去除表面氧化皮；

e.将制成所需形状、尺寸并除锈、除污、除油、除氧化皮后的铬金属丝网放入气体氮化炉中，于900℃～1500℃保温1～6小时，使铬金属丝网的铬与氮化气氛氮气或氨气充分反应，得到氮化铬，制作出氮化铬丝网1；见图3。

f.将制作好的氮化铬丝网1固定在铸型中4、5的相应部位，合型，等待浇注。

g.熔炼锡青铜2，然后采用重力砂型铸造。将液态锡青铜2浇入铸型中，使液态锡青铜充满铸型型腔及氮化铬丝网1缝隙，待液态锡青铜2完全凝固、冷却后，去除铸型、浇注系统、飞边、毛刺，即制备出耐磨性、耐腐蚀、耐高温性优异的氮化铬丝网锡青铜复合材料轴套。见图4、图5。

本实施例中铜合金2还可采用铝青铜、铍青铜、硅青铜、铬青铜、铸造白铜、铸造黄铜。

实施例2：

氮化铬丝网-硅青铜圆盘实施例

如图6至13所示，圆盘零件6在使用过程中，要求圆盘零件6上表面7、表面8、表面9、表面10耐磨，因此铸造时，将氮化铬丝网1放置在铸型腔中与表面7、表面8、表面9、表面10相应的部位。采用重力砂型铸造的铸造方法(也可以采用差压铸造、低压铸造、真空吸铸的铸造方法)，并制作铸造用铸型。根据实际使用中，圆盘零件6上表面7、表面8、表面9、表面10的磨损情况，确定氮化铬丝网1的形状、尺寸。圆盘零件6上表面7、表面8的形状、尺寸一致，表面9、表面10的形状、尺寸一致。所以表面7、表面8处氮化铬丝网1的形状、尺寸一致，见铬金属丝网11。表面9、表面10处氮化铬丝网1的形状、尺寸一致，见铬金属丝网12。

本实施例采用氮化铬丝网。铜合金2采用黄铜(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)。

现以氮化铬丝网-黄铜(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)圆盘为例。

制作氮化铬丝网-黄铜(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)圆盘步骤如下：

a.选用直径为为0.01～2.5mm的铬金属丝。

b.用铬金属丝编织多层矩形铬金属丝网，多层矩形铬金属丝网中铬金属丝间距一般控制在0.01～10.0mm。

c.根据放置氮化铬丝网1的部位及尺寸确定铬金属丝网的形状及尺寸，并对多层矩形铬金属丝网进行裁剪，制成四个铬金属丝网11、四个铬金属丝网12。

d.对铬金属丝网11、12用HNO₃:HF:H₂O的酸液洗涤，进行除锈、除油、除污处理；用碱液去除表面氧化皮；

e.将制成所需形状、尺寸并除锈、除污、除油、除氧化皮后的铬金属丝网11、12放入气体氮化炉中，于900℃～1500℃保温1～6小时，使铬金属丝网11、12的铬与氮化气氛氮气或氨气充分反应，得到氮化铬，制作出四个与金属丝网11形状、尺寸一致的氮化铬丝网13、四个与金属丝网12形状、尺寸一致的氮化铬丝网14；

f.将制作好的氮化铬丝网13、14分别固定在铸型型腔中与7、8、9、10相应部位，合型，等待浇注。

g.熔炼黄铜2(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)，然后采用重力砂型铸造。将液态黄铜2(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)浇入铸型中，使液态黄铜2(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)充满铸型型腔及氮化铬丝网1缝隙，待液态黄铜2(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)完全凝固、冷却后，去除铸型、浇注系统、飞边、毛刺，即制备出耐磨性、耐腐蚀、耐高温性优异的氮化铬丝网黄铜复合材料圆盘。见图12、图13。

本实施例中黄铜2还可采用铝青铜、铍青铜、锡青铜、铬青铜、铸造白铜、其他铸造黄铜。

对于其他耐磨、耐腐蚀、耐高温零件的制备，除需变换氮化铬丝网1的丝材间距，变换铜合金2和氮化铬丝网1的形状尺寸外，采用与实施例一、二相同的工艺步骤。

Claims

1、一种氮化铬丝网铜基复合材料的制备工艺，其特征在于：该制备工艺包括以下步骤：

(1)、用铬金属丝编织铬金属丝网；

(4)、熔炼铜合金，得到液态铜合金；

(5)、采用铸造方法将液态铜合金浇入耐磨工件的铸型中。

2、根据权利要求1所述氮化铬丝网铜基复合材料的制备工艺，其特征在于：所述铬金属丝直径为0.01～2.5mm。

3、根据权利要求1所述氮化铬丝网铜基复合材料的制备工艺，其特征在于：所述铬金属丝网编织成单层或多层矩形，金属丝间距为0.01～10.0mm。

4、根据权利要求1或3所述氮化铬丝网铜基复合材料的制备工艺，其特征在于：所述铬金属丝网根据放置的耐磨工件部位及尺寸确定铬金属丝网的形状及尺寸，进行裁剪，并压制成与耐磨工件一致的形状。

5、根据权利要求4所述氮化铬丝网铜基复合材料的制备工艺，其特征在于：对制成所需形状和尺寸的铬金属丝网用酸或丙酮洗涤，进行表面除锈、除污和除油处理；用碱液去除表面氧化皮。

6、根据权利要求1所述氮化铬丝网铜基复合材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤(5)采用铸造方法为重力砂型铸造、离心铸造、差压铸造、低压铸造或真空吸铸。