CN101837444B - 一种高锰钢基SiC陶瓷颗粒复合材料的制备方法 - Google Patents

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颗粒进行表面合金化处理；然后切割消失模模样，在模样待复合位置填充颗粒，按照常规消失模铸造工艺进行涂料涂覆和造型，浇铸时控制真空度、浇注温度和冷却时间，经脱型，清理获得烧结的高锰钢基SiC颗粒复合材料。采用本发明的方法制备的高锰钢表面陶瓷复合材料，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。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陶瓷颗粒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基陶瓷颗粒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

本发明的目的是提供一种高锰钢SiC陶瓷颗粒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，在磨损工件磨损位置制备具有一定厚度的耐磨复合层，使材料磨损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、综合性能优良的高锰钢基SiC陶瓷颗粒复合材料。

为了实现上述任务，本发明采取如下技术解决方案：

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，首先对SiC颗粒进行丙酮溶液超声波清洗，清洗后经蒸馏水漂洗、吹干；

步骤二，SiC颗粒表面合金化处理：称取清洗后的SiC颗粒，在其中加入粘接剂充分混匀，然后加入合金粉搅拌使其均匀涂覆于SiC颗粒表面，其中SiC颗粒占体积比85％，合金粉占体积比10％，粘接剂占体积比5％；将SiC颗粒置于清洁的陶瓷盘内，放入加热炉在200℃的温度下烘干2h，使SiC颗粒表面的合金粉烧结，形成致密的合金层；

步骤三，在消失模模样相应于零件的磨损面上，按5％的体积分数将经过表面合金化处理的SiC颗粒填入消失模模样的预制空间内；

步骤四，消失模模样与浇铸系统之间使用聚醋酸乙烯乳液进行粘结，粘结浇铸系统后对消失模模样进行表面耐火涂料的刷涂，涂料中含有Si₂O颗粒，共涂覆三次，每次涂覆后自然风干1.5～2h，最终的涂层厚度为0.6～1mm；

步骤五，将消失模模样埋入干砂中，振实后在负压状态下浇铸，浇铸选用高锰钢作为浇铸基体材料，浇注温度控制在1350℃，浇铸完成后将铸件从沙箱中取出，经空冷、脱型、清理后获得烧结的高锰钢基SiC颗粒复合材料。

采用本发明的方法制备的高锰钢表面陶瓷复合材料，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。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是模样尺寸及填充位置示意图，图中所标的尺寸单位为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

本发明引入了燃烧合成反应，就是把SHS技术和传统的铸造技术相结合，进行SiC颗粒在钢基材料表面的铸渗，就是将包含有原始粉末混匀后压制成坯，放在铸型的一定部位，浇入熔融的金属液，利用它的热量使预制铸渗涂层发生SHS反应，利用SHS技术的高放热性能，提高金属凝固过程的温度场，使金属保持液态的时间增长，有利于母液对陶瓷颗粒的铸渗，同时金属Al对铸渗区金属液起到局部的精炼净化作用，这样就使得SiC颗粒与基体(金属液凝固后)表面烧结良好，且分布均匀。既保持了高锰钢基体良好的塑韧性能，也增强了材料的磨损性能，从而获得综合性能优良的高锰钢基陶瓷颗粒复合材料。对耐磨复合材料的发展应用重要的意义。

本发明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。

参见图1，按照本发明的高锰钢基SiC颗粒表面复合材料的制备方法，首先对SiC颗粒进行表面合金化处理；然后切割消失模模样，在模样待复合位置填充颗粒，按照常规消失模铸造工艺进行涂料涂覆和造型，浇铸时控制真空度、浇注温度和冷却时间，经脱型，清理获得烧结的高锰钢基SiC颗粒复合材料。

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，均能制造出烧结良好的高锰钢SiC陶瓷颗粒复合材料。

实施例：

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。

通过计算取适量清洗后的SiC颗粒进行表面合金化处理，具体处理方法是：通过涂覆试验确定合金粉(Al粉)和粘接剂的加入量(参见表1)，由此可分别计算出表面涂覆200目Al粉和粘接剂的量并称取备用。

将清洗过的SiC颗粒与粘接剂充分混匀加入合金粉搅拌使其均匀涂覆于SiC颗粒表面。将混匀的颗粒置于清洁的陶瓷盘内，放入加热炉在200℃的温度下烘干2h，使SiC颗粒表面合金粉烧结，形成致密的合金层。烘干后SiC颗粒随炉冷至室温备用。本实施例选择硅溶胶作为颗粒粘接剂。

然后将经过表面合金化处理的碳化硅颗粒按5％的体积分数填入尺寸为60×30×30mm的聚苯乙烯泡沫模样上的预制空间内。具体模样尺寸、颗粒添加位置见图2。

消失模模样与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SiO₂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。

然后将消失模模样埋入干砂中，振实后在负压状态下浇铸。浇铸用钢液选用Mn₁₃Cr₂Mo，由16Kg高锰钢，4.2Kg电解锰，废钢20CrMo79.4Kg，钼丝0.38Kg，低碳铬铁2.6Kg配料。

铸型经冷却、脱型、清理后在原填充SiC颗粒位置获得了与金属基体烧结良好、颗粒保存较完整且分布均匀的高锰钢基陶瓷颗粒复合层。

表1加入Al粉的预置涂层各成分所占体积比

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，首先对SiC颗粒进行丙酮溶液超声波清洗，清洗后经蒸馏水漂洗、吹干；

步骤二，SiC颗粒表面合金化处理：称取清洗后的SiC颗粒，在其中加入粘接剂充分混匀，然后加入合金粉搅拌使其均匀涂覆于SiC颗粒表面，其中SiC颗粒占体积比85％，合金粉占体积比10％，粘接剂占体积比5％；将SiC颗粒置于清洁的陶瓷盘内，放入加热炉在200℃的温度下烘干2h，使SiC颗粒表面的合金粉烧结，形成致密的合金层；

步骤三，在消失模模样相应于零件的磨损面上，按5％的体积分数将经过表面合金化处理的SiC颗粒填入消失模模样的预制空间内；

步骤四，消失模模样与浇铸系统之间使用聚醋酸乙烯乳液进行粘结，粘结浇铸系统后对消失模模样进行表面耐火涂料的刷涂，涂料中含有SiO₂颗粒，共涂覆三次，每次涂覆后自然风干1.5～2h，最终的涂层厚度为0.6～1mm；

步骤五，将消失模模样埋入干砂中，振实后在负压状态下浇铸，浇铸选用高锰钢作为浇铸基体材料，浇注温度控制在1350℃，浇铸完成后将铸件从沙箱中取出，经空冷、脱型、清理后获得烧结的高锰钢基SiC颗粒复合材料。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粘接剂选择硅溶胶。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的消失模模样选择聚苯乙烯泡沫。

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