CN100443624C - 活性炭碳化物丝网铜基复合材料的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活性炭碳化物丝网铜基复合材料的制备工艺，该制备工艺包括以下步骤：用金属丝编织金属丝网；金属丝网的孔隙中填满活性炭，然后放入真空炉中，在1000℃～2300℃下保温1～6小时，使金属丝网的金属元素与活性炭充分反应，制作出碳化物丝网；将制作好的碳化物丝网固定在耐磨工件铸型的相应部位的相应部位，合型、等待浇注；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固定有碳化物丝网的耐磨工件的铸型中。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、价格低的优点。

Description

活性炭碳化物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，特别涉及一种活性碳碳化物丝网铜基复合材料的制备工艺。本发明应用于矿山、建材、冶金、电力及铁路等行业耐磨、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，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碳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碳化层，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，提供一种活性炭碳化物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)、用钒、铌、钼、钽、铬、钨金属丝编织金属丝网；

(2)、金属丝网的孔隙中填满活性炭，然后放入真空炉中，在1000℃～2300℃下保温1～6小时，使金属丝网的金属元素与活性炭充分反应，制作出碳化物丝网；

(3)、将制作好的碳化物丝网固定在耐磨工件铸型的相应部位，合型，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固定有碳化物丝网的耐磨工件的铸型中。

所述金属丝是直径为0.01～2.5mm。

所述金属丝网编织成单层或多层矩形，金属丝间距为0.01～10.0mm。

所述金属丝网根据放置碳化物丝网的耐磨工件部位及尺寸确定金属丝网的形状及尺寸，进行裁剪，并制成与耐磨工件一致的形状。

对制成所需形状和尺寸的金属丝网进行表面除锈、除污、除油和除表面氧化皮处理。

所述步骤(5)采用铸造方法为重力砂型铸造、离心铸造、差压

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。

所述铜合金是锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铬青铜、铸造白铜或铸造黄铜。

本发明的有益效果是：

1、本发明将金属丝网用活性炭进行碳化处理，得到高硬度的碳化物丝网，然后用铸造的方法制备耐磨、耐腐蚀、耐高温复合材料，一方面利用碳化物丝网强化基体，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，本发明中，可以根据需要使增强相碳化物丝网在金属基体中随意分布。

2、本发明的活性炭碳化物丝网铜基复合材料制备工艺中，既可根据零件使用时不同的工况，将碳化物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、耐高温性提高的零件，复合层厚度可根据工况要求进行调整；又可将碳化物丝网固定于整个铸型型腔中，浇注液态金属后冷却，以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、耐高温零件，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为本发明轴套碳化物丝网截面图；

图4为本发明碳化物丝网复合材料轴套主视图；

图5为本发明碳化物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为本发明实施例圆盘俯视图；

图8为本发明实施例金属丝网11主视图；

图9为本发明实施例金属丝网11俯视图；

图10为本发明实施例金属丝网12主视图；

图11为本发明实施例金属丝网12俯视图；

图12为本发明实施例碳化物丝网复合材料圆盘主视图；

图13为本发明实施例碳化物丝网复合材料圆盘俯视图。

具体实施方式

本发明碳化物丝网1可以是所述碳化钒、碳化铌、碳化钼、碳化钽、碳化铬、碳化钨丝网。

本发明铜合金2可以是所述铜合金是锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铬青铜、铸造白铜或铸造黄铜。

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耐磨工件铸型铸腔中放置碳化物丝网的位置，从而确定碳化物丝网1的形状及尺寸，相应地确定金属丝网的形状及尺寸。

本发明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：轴套实施例

如图1至5所示为轴套3主视图，截面为圆环形。实际应用中要求零件上内圆柱面4和内圆柱面5耐磨。因此铸造时，将碳化物丝网1放置铸型中与内圆柱面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。根据实际应用中轴套3上内圆柱面4和内圆柱面5的磨损情况，确定碳化物丝网1的形状及尺寸。碳化物丝网1为截面为圆环状的圆柱体，其尺寸为内径与轴套内径一致，外径根据内圆柱面4和内圆柱面5的磨损情况确定，高与圆柱面4和内圆柱面5的长度一致。

本实施例采用Mo₂C丝网，还可采用碳化钒、碳化铌、碳化钽、碳化铬、碳化钨丝网。铜合金2采用锡青铜。

现以Mo₂C丝网-锡青铜轴套为例。

制作Mo₂C丝网-锡青铜轴套步骤如下：

a.选用直径为为0.01～2.5mm的钼金属丝。

c.用钼金属丝编织矩形多层钼金属丝网，其丝网中钼丝间距一般控制在0.01～10.0mm。

b.根据放置Mo₂C丝网1的部位及尺寸确定钼金属丝网的形状及尺寸，进行裁剪，并卷成圆环状。

c.对卷成圆环状的钼金属丝网用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；

d.将卷成圆环状并除锈、除污、除油、除氧化皮后的钼金属丝网缝隙中填满活性炭后放入真空炉中，于1400℃～2200℃，保温1～6小时，使钼金属丝网的钼与活性炭充分反应，得到Mo₂C，制作出Mo₂C丝网1；如图3所示。

e.将制作好的Mo₂C丝网1固定在铸型型腔中的相应部位，合型，等待浇注。

f.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，使锡青铜充满铸型型腔及Mo₂C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Mo₂C丝网锡青铜复合材料轴套。见图4、图5。

本实施例中青铜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。

实施例二：圆盘实施例

参见图6至图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，将碳化物丝网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，确定碳化物丝网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处碳化物丝网1的形状、尺寸一致，见金属丝网11。表面9、表面10处碳化物丝网1的形状、尺寸一致，见金属丝网12。

本实施例采用碳化铬丝网，还可采用Mo₂C、碳化钒、碳化铌、碳化钽、碳化铬、碳化钨丝网。铜合金2采用黄铜(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)。

现以碳化铬丝网-黄铜(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)圆盘为例。

制作碳化铬丝网-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.根据放置碳化铬丝网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缝隙填满活性炭并放入真空炉中，于1200℃～1750℃，保温1～6小时，使铬金属丝网11、12的铬与活性炭充分反应，得到碳化铬，制作出四个与11形状、尺寸一致的碳化铬丝网13、四个与12形状、尺寸一致的碳化铬丝网14；

f.将制作好的四个碳化铬丝网13和四个碳化铬丝网14分别固定在铸型型腔中与9、10、11、12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)充满铸型型腔及碳化铬丝网13、14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、耐高温性优异的碳化铬丝网黄铜(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)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，除需变换碳化物丝网1的材质及丝材规格、丝材间距，变换铜合金2和碳化物丝网2的形状尺寸和碳化温度外，采用与实施例一、二相同的工艺步骤。

Claims (7)

1、一种活性炭碳化物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)、用钒、铌、钼、钽、铬或钨金属丝编织金属丝网；

(2)、金属丝网的孔隙中填满活性炭，然后放入真空炉中，在1000℃～2300℃下保温1～6小时，使金属丝网的金属元素与活性炭充分反应，制作出碳化物丝网；

(3)、将制作好的碳化物丝网固定在耐磨工件铸型的相应部位，合型，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固定有碳化物丝网的耐磨工件的铸型中。

2、根据权利要求1所述活性炭碳化物丝网铜基复合材料的制备工艺，其特征在于：所述金属丝的直径为0.01～2.5mm。

3、根据权利要求1或2所述活性炭碳化物丝网铜基复合材料的制备工艺，其特征在于：所述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3所述活性炭碳化物丝网铜基复合材料的制备工艺，其特征在于：所述金属丝网根据放置碳化物丝网的耐磨工件部位及尺寸确定金属丝网的形状及尺寸，进行裁剪，并制成与耐磨工件一致的形状。

5、根据权利要求4所述活性炭碳化物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金属丝网进行表面除锈和除污。

6、根据权利要求1所述活性炭碳化物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。

7、根据权利要求1所述活性炭碳化物丝网铜基复合材料的制备工艺，其特征在于：所述铜合金是锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铬青铜、铸造白铜或铸造黄铜。

Images