CN101705445B - 一种高锰钢基SiC颗粒表面复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高锰钢基SiC颗粒表面复合材料的制备方法，该方法首先对SiC颗粒进行表面处理，然后制备消失模模样，并在消失模模样相应于零件的磨损面覆加SiC颗粒膏块，对处理后的模样按照常规消失模浇铸工艺进行造型、涂覆涂料，浇注时采取负压实型铸造工艺，选用高锰钢作为浇铸基体材料，并将浇铸温度控制在1350℃，浇注后空冷20min。铸型经冷却、脱型、清理后获得烧结较好的表面高锰钢基SiC颗粒复合层。采用本发明的方法制备的高锰钢复合材料，提高了整体强度和硬度，使零件在使用过程中的耐磨表面减少磨损，提高耐磨性，提高寿命。其工艺简单，适用性强，可广泛应用于冶金、矿山、建材等诸多行业。

Description

一种高锰钢基SiC颗粒表面复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于金属基复合材料技术领域，特别涉及一种高锰钢表面陶瓷复合材料的制备方法。
背景技术
高锰钢作为一种传统的高韧性耐磨材料，已经被广泛应用于冶金、矿山、建材等诸多行业，世界年消耗量也达10万多t。在实际生产中，工件常要承受更为复杂的磨损工况，工件的磨损面既要承受磨损还要承受冲击载荷的作用。这就从客观上要求耐磨件不仅在工作面的表层一定厚度内具有高的硬度来提供足够的抗切削磨损性能，还要求整个工件本身具有足够好的韧性。而任何单一的材料都很难同时具备高的硬度和好的塑韧性能，以达到上述工况条件下所要求的综合性能。这就使得表面强化技术显示出了其无可比拟的优越性。高锰钢的高耐磨性自其高的冷加工硬化能力，然而，在冲击载荷不足以使其产生应变硬化的工况条件下，高锰钢就显得不耐磨了。如果在高锰钢较软的奥氏体基体中存在一定数量的硬质相，将有利于提高材料整体的耐磨性。这样既可以保持奥氏体的高韧性又可以保证高锰钢的耐磨性特点。
发明内容
为了研究力求使得铸渗复合工艺简单化、成本最小化，并最终实现其在各种磨损工况下实际应用，本发明的目的是提供一种高锰钢复合材料的制备方法，该方法制备的高锰钢复合材料是通过铸渗复合，在磨损工件表面制备具有一定厚度的表面耐磨复合层，使表面一定厚度内获得烧结良好的高锰钢与SiC颗粒复合层。既保持了高锰钢基体良好的塑韧性能，也增强了表面的耐磨损性能，从而获得内韧外硬、综合性能优良的表面复合材料。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种高锰钢基SiC颗粒表面复合材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤一，对SiC颗粒进行表面处理；
首先进行超声波清洗，其方法是：
A、将SiC颗粒置于烧杯中；
B、烧杯中加入适量丙酮溶液后放入超声波清洗机清洗5min；
C、蒸馏水漂洗；
D、冷风吹干收藏备用；
然后按照所制备的零件尺寸，通过计算取适量清洗后的SiC颗粒进行表面氧化处理，表面氧化处理的步骤是：
1)将SiC颗粒置于清洁的陶瓷盘上均匀铺平；
2)放入加热炉中，以5～10℃/min的速度缓慢升温至1200℃；
3)保温10h；
4)以5～10℃/min的速度缓慢降温至室温；
步骤二，制备消失模模样；
将经过表面处理的碳化硅颗粒用粘结剂涂覆于聚苯乙烯泡沫模样相应于零件磨损面的表面，形成SiC颗粒膏块；
步骤三，对处理后的模样按照常规消失模浇铸工艺进行造型、涂覆涂料；
步骤四，选用高锰钢作为浇铸基体材料，所述的高锰钢的锰含量为15％，碳含量为1％，采用负压实型铸造工艺，浇铸温度控制在1350℃，浇铸完成后将铸件从沙箱中取出，经空冷、脱型、清理后在原涂覆表面获得烧结较好的表面高锰钢基SiC颗粒复合层。
采用本发明的方法制备的高锰钢复合材料，提高了整体强度和硬度，使零件在使用过程中的耐磨表面减少磨损，提高耐磨性，提高寿命。其工艺简单，适用性强可广泛应用于冶金、矿山、建材等诸多行业。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2是采用本发明制备的高锰钢复合材料的具体模样尺寸、涂覆位置及涂覆厚度示意图；图2中所标尺寸单位为mm。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
参见图1，按照本发明的高锰钢复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一，对SiC颗粒进行表面处理；
步骤二，制备消失模模样；
步骤三，在消失模模样的待复合面覆加SiC颗粒膏块；
步骤四，对处理后的模样按照常规消失模浇铸工艺进行涂料涂覆、造型；
步骤五，选用高锰钢作为浇铸基体材料，浇铸温度控制在1350℃，浇铸完成后将铸件从沙箱中取出，经空冷、脱型、清理后获得烧结较好的表面高锰钢基SiC颗粒复合层。
以下是发明人给出的实施实例，本发明不限于该实施例，在本发明给出的范围内，均能制造出合格的高锰钢表面复合材料。
首先选购工业用36目SiC颗粒(绿色)，为避免微量杂质的混入影响后续表面处理效果，首先对SiC颗粒进行丙酮溶液超声波清洗，具体清洗步骤为：
1、将SiC颗粒置于烧杯中；
2、烧杯中加入适量丙酮溶液后放入超声波清洗机清洗5min；
3、蒸馏水漂洗；
4、冷风吹干收藏备用。
按照所制备的零件尺寸，通过计算取适量清洗后的SiC颗粒进行表面氧化处理：
1)将SiC颗粒置于清洁的陶瓷盘上均匀铺平；
2)放入加热炉中，以5～10℃/min的速度缓慢升温至1200℃；
3)保温10h；
4)以5～10℃/min的速度缓慢降温至室温。
将经过表面处理的碳化硅颗粒用粘结剂涂覆于聚苯乙烯泡沫模样的待复合表面，形成SiC颗粒膏块。具体模样尺寸、涂覆位置及涂覆厚度见图2，即：模样尺寸为60×20×20mm，其中碳化硅颗粒复合层的高度5mm。选择浓度为5wt％的聚乙烯醇(PVA)水溶液作为颗粒粘结剂。浇铸系统之间使用聚醋酸乙烯乳液(白乳胶)进行粘结。
粘结浇铸系统后，对模样进行表面耐火涂料的刷涂工作，本实施例所选用的涂料中所含Si2O颗粒为80目，共涂覆三次，每次涂覆后自然风干1.5～2h，最终涂层厚度为0.6～1mm。
然后将模型埋入干砂中，振实后在负压状态下浇铸。采用负压实型铸渗(V-EPC)工艺对零件进行浇铸。浇铸用高锰钢作为浇铸基体材料，其合金成分见表1。
表1选用高锰钢合金成分表(wt％)
  Mn   Si   Mo   C   P   S
  14.6   0.82   0.5   1.05   0.081   0.037
浇铸温度控制在1350℃，浇铸完成后将铸件从沙箱中取出，空冷20min。
铸型经冷却、脱型、清理后在原涂覆表面获得了分布均匀且具有5mm厚度均匀瓷颗粒复合层。

Claims (3)

1.一种高锰钢基SiC颗粒表面复合材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤一，对SiC颗粒进行表面处理；
首先进行超声波清洗，其方法是：
A、将SiC颗粒置于烧杯中；
B、烧杯中加入适量丙酮溶液后放入超声波清洗机清洗5min；
C、蒸馏水漂洗；
D、冷风吹干收藏备用；
然后按照所制备的零件尺寸，通过计算取适量清洗后的SiC颗粒进行表面氧化处理，表面氧化处理的步骤是：
1)将SiC颗粒置于清洁的陶瓷盘上均匀铺平；
2)放入加热炉中，以5～10℃/min的速度缓慢升温至1200℃；
3)保温10h；
4)以5～10℃/min的速度缓慢降温至室温；
步骤二，制备消失模模样；
将经过表面处理的碳化硅颗粒用粘结剂涂覆于聚苯乙烯泡沫模样相应于零件磨损面的表面，形成SiC颗粒膏块；
步骤三，对处理后的模样按照常规消失模浇铸工艺进行造型、涂覆涂料；
步骤四，选用高锰钢作为浇铸基体材料，所述的高锰钢的锰含量为15％，碳含量为1％，采用负压实型铸造工艺，浇铸温度控制在1350℃，浇铸完成后将铸件从沙箱中取出，经空冷、脱型、清理后在原涂覆表面获得烧结较好的表面高锰钢基SiC颗粒复合层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的SiC颗粒的粒度为40目。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的浇铸后空冷时间为20min。
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