CN100469939C - 氮化锆丝网金属基复合材料的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氮化锆丝网金属基复合材料的制备方法，将锆金属丝编织的锆金属丝网放入气体氮化炉中，在氮化气氛中于1000℃～1800℃下，使锆金属丝网的锆氮化，得到氮化锆丝网；将制作好的氮化锆丝网固定在耐磨工件铸型的相应部位，合型、浇注，采用铸造方法将液态金属材料浇入耐磨工件的铸型中。用该方法制备的氮化锆丝网金属基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。

Description

氮化锆丝网金属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，特别涉及一种氮化锆丝网金属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。

背景技术

耐磨材料广泛应用于矿山、建材、冶金、电力及铁路等行业的耐磨零件的制造。如破碎机的衬板、锤头、鄂板，球磨机衬板、磨球、轧辊、磨辊、挖掘机铲齿、铁道辙叉等。据统汁，国内每年消耗金属耐磨材料约达300万吨。磨损件很快失效，频繁更换，不仅浪费大量金属材料，且造成巨大的停工停产损失，已成为制约生产发展的一个障碍。

目前各行业所用的耐磨材料主要有耐磨钢、耐磨铸铁等几种单一金属材料。但由于单一材质在强度、硬度、塑韧性等方面机械力学性能不可兼顾各种现场工况存在的特殊要求，所以使用期限仍然很短或很难满足各种工况的需要。近年来，复合材料的研究和发展较快，出现了许多耐磨复合材料，如颗粒增强钢铁基复合材料，纤维增强钢铁基复合材料等，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，如颗粒增强钢铁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，以提高耐磨材料的耐磨性。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，提供一种氮化锆丝网金属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。

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)、用锆金属丝编织锆金属丝网；

(2)、将锆金属丝网放入气体氮化炉中，在氮化气氛中于1000～1800℃下进行氮化1～5小时，使锆金属丝网氮化，得到氮化锆丝网；

(3)、将制作好的氮化锆丝网固定在耐磨工件铸型的相应部位，合型，等待浇注；

(4)、熔炼金属材料，得到液态金属材料；

(5)、采用铸造方法将液态金属材料浇入固定有氮化锆丝网1的耐磨工件的铸型中。

所述锆金属丝直径为0.01～2.5mm。

所述锆金属丝网编织成单层或多层矩形，金属丝间距为在0.01～10.0mm。

所述氮化锆丝网根据放置的耐磨工件部位及尺寸确定锆金属丝网的形状及尺寸，进行裁剪，并压制成与耐磨工件部位一致的形状。

对压制成的锆金属丝网用酸或丙酮洗涤，进行表面除锈和除油处理；用碱液清除锆金属丝网表面的氧化皮。

所述步骤(4)金属材料是铸铁、铸钢、钴合金或镍合金。

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、本发明将锆金属丝网在氮化炉中于氮化气氛中进行氮化处理，得到高硬度、耐磨耐腐蚀的氮化锆丝网，然后用铸造的方法制备复合材料，一方面利用氮化锆丝网强化基体，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，可以根据需要使增强相在金属液中随意分布。

2、本发明的氮化锆丝网金属基复合材料制备工艺中，既根据不同的工况，将氮化锆丝网固定于铸型的局部，浇注液态金属材料后冷却，得到局部耐磨、耐腐蚀性提高的零件，复合层厚度可根据零件使用时工况要求进行调整；又可将氮化锆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为本发明氮化锆丝网金属基复合材料的制备工艺流程图；

图2为本发明实施例球磨机衬板主视图；

图3为本发明实施例球磨机衬板侧视图；

图4为本发明实施例球磨机衬板与球磨机筒体装配图；

图5为本发明成形氮化锆丝网后的侧视图；

图6为本发明氮化锆丝网金属基复合材料球磨机衬板侧视图；

图7为本发明实施例轧辊截面图；

图8为本发明实施例轧辊氮化锆丝网截面图；

图9为本发明氮化锆丝网金属基复合材料轧辊截面图。

具体实施方式

本氮化锆丝网金属基复合材料是由氮化锆丝网与金属材料采用铸造的方法复合而成。

本发明金属材料2可以是铸铁(灰铸铁、白口铸铁、球墨铸铁)、铸钢(低、中、高碳钢，低、中、高合金钢、不锈钢)、钴合金、镍合金。

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，从而确定氮化锆丝网的形状及尺寸。

本发明锆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：

一、球磨机耐磨衬板实施例：

如图2、图4所示，球磨机衬板3上有一个螺钉孔4，由螺栓5将球磨机衬板3连接到球磨机筒体6上。

如图3所示，由于实际应用中球磨机衬板3上较大的弧面8与球磨机筒体6接触，球磨机衬板3由小弧面7开始磨损，根据工况要求，应保证小弧面7处耐磨。铸造时，应在铸型腔底部小弧面7的相应位置设置氮化锆丝网1，并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)，用石英砂制作铸造用铸型并烘干。球磨机工作时球磨机衬板3最多磨损至螺栓5头部磨完，剩下的衬板就会从球磨机筒体6上掉下，所以氮化锆丝网1的厚度应该为从小弧面7至螺栓5头部的宽度，氮化锆丝网1的长宽尺寸与球磨机衬板5的长宽一致。

本实施例采用氮化锆丝网，金属材料2可以采用白口抗磨铸铁、铸低、中、高碳钢，低、中、高合金钢。现以氮化锆丝网-高锰钢球磨机衬板为例。

制作氮化锆丝网-高锰钢球磨机衬板步骤如下：

1.选用直径为0.01～2.5mm的锆金属丝。

2.用锆金属丝编织多层正方形或矩形锆金属丝网，锆金属丝网中锆金属丝间距一般控制在0.01～10.0mm。

3.根据放置氮化锆丝网1的部位及尺寸确定锆金属丝网的形状及尺寸，进行裁剪，并压制成与球磨机衬板3一致的弧形形状。

4.对压制成的锆金属丝网用酸或丙酮洗涤，进行表面除锈、除污、除油处理；用碱液清除锆金属丝网表面的氧化皮。

5.将压制成形并除锈、除污、除油、除去氧化皮后的锆金属丝网放入气体氮化炉中，在氮或氨气氛中于1000℃～1800℃下进行氮化1小时～5小时，制作出氮化锆丝网1；

6.将氮化锆丝网1固定在铸型的相应部位，合型，等待浇注。

7.熔炼高锰钢2金属液，然后将液态高锰钢2浇入固定有氮化锆丝网1的铸型中，待高锰钢完全凝固、冷却后，去除铸型、浇注系统、飞边、毛刺，即制备出以耐磨、耐腐蚀性能优良的氮化锆丝网1为增强相的氮化锆丝网高锰钢复合材料球磨机衬板。见图6。

二.轧辊实施例：

如图7所示，轧辊9是一个截面为圆环形柱状零件，在实际应用中轧辊外圆柱面10是易磨损部位，因此要求轧辊外圆柱面10耐磨，所以铸造时将氮化锆丝网1安放在铸型中轧辊外圆柱面10的相应位置，以提高轧辊外圆柱面10的耐磨性。氮化锆丝网1的形状设为截面为圆环形的圆柱状，氮化锆丝网1外圆柱面与轧辊外圆柱面10尺寸形状一致，厚度根据轧辊外圆柱面10的耐磨程度确定。

本实施例采用氮化锆丝网，金属材料2可以采用灰铸铁、白口抗磨铸铁、铸造低、中、高碳钢，铸造低、中、高合金钢。现以氮化锆丝网-灰铸铁轧辊为例。

制作氮化锆丝网丝网-灰铸铁轧辊步骤如下：

1.选用直径为为0.01～2.5mm的锆金属丝。

2.用锆金属丝编织多层矩形锆金属丝网，锆金属丝网中锆金属丝间距一般控制在0.01～10.0mm。

3.根据放置氮化锆丝网丝网1的部位及尺寸确定锆金属丝网的形状及尺寸，进行裁剪，卷成截面为环形的圆柱体。

4.对锆金属丝网用酸或丙酮洗涤，进行表面除锈、除污、除油处理；用碱液清除锆金属丝网表面的氧化皮。

5.将卷成环形圆柱体并除锈、除污、除油、除去氧化皮后的锆金属丝网放入气体氮化炉中，在氮气或氨气氛中于1000℃～1800℃下进行氮化1小时～5小时，制作出氮化锆丝网1；如图8所示。

6.将氮化锆丝网1固定在铸型的相应部位，合型，等待浇注。

7.熔炼灰铸铁2金属液，然后将液态灰铸铁2浇入固定有氮化锆丝网的铸型中，待灰铸铁完全凝固、冷却后，去除铸型、浇注系统、飞边、毛刺，即制备出以耐磨、耐腐蚀性能优良的氮化锆丝网1为增强相的氮化锆丝网灰铸铁复合材料轧辊。见图9。

本实施例中灰铸铁2还可用球墨铸铁、合金铸铁、抗磨铸铁；可以用低、中、高碳钢；还可以用低、中、高合金钢取代。

三.涡轮叶片实施例：

本实施例采用氮化锆丝网，金属材料2采用铸造镍合金K6，还可以采用铸造钴合金。其他采用与实施例一、二同样的步骤。

四、燃气轮机导向叶片实施例：

本实施例采用氮化锆丝网，金属材料2采用钴基铸造合金K44，还可以采用铸造镍合金。其他采用与实施例一、二同样的步骤。

对于其他耐磨、耐腐蚀、耐高温零件的制备，除需变换金属材料2和氮化锆丝网1形状尺寸外，可采用与实施例一、二相同的工艺步骤。

Claims (7)

1、一种氮化锆丝网金属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)、用锆金属丝编织锆金属丝网；

(2)、将锆金属丝网放入气体氮化炉中，在氮化气氛中于1000℃～1800℃下进行氮化1～5小时，使锆金属丝网氮化，得到氮化锆丝网；

(3)、将制作好的氮化锆丝网固定在耐磨工件铸型的相应部位，合型，等待浇注；

(4)、熔炼金属材料，得到液态金属材料；

(5)、采用铸造方法将液态金属材料浇入固定有氮化锆丝网的耐磨工件的铸型中。

2、根据权利要求1所述氮化锆丝网金属基复合材料的制备工艺，其特征在于：所述锆金属丝直径为0.01～2.5mm。

3、根据权利要求1所述氮化锆丝网金属基复合材料的制备工艺，其特征在于：所述锆金属丝网编织成单层或多层矩形，金属丝间距为在0.01～10.0mm。

4、根据权利要求1所述氮化锆丝网金属基复合材料的制备工艺，其特征在于：所述氮化锆丝网根据放置的耐磨工件部位及尺寸确定锆金属丝网的形状及尺寸，进行裁剪，并压制成与耐磨工件部位一致的形状。

5、根据权利要求4所述氮化锆丝网金属基复合材料的制备工艺，其特征在于：对压制成的锆金属丝网用酸或丙酮洗涤，进行表面除锈和除油处理；用碱液清除锆金属丝网表面的氧化皮。

6、根据权利要求1所述氮化锆丝网金属基复合材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤(4)金属材料是铸铁、铸钢、钴合金或镍合金。

7、根据权利要求1所述氮化锆丝网金属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。

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