CN102554385B - 一种金属陶瓷复合衬板的钎焊铸接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属陶瓷复合衬板的钎焊铸接工艺，所用钎料的组分为：10～70%的Cu粉、20～70%的Ti粉和5～20%的表面活性元素，在钎料中加入10～20%的陶瓷颗粒作为润湿增强相制得复合钎料，使用有机溶剂清洗剂将金属层和陶瓷层擦洗干净，并按照陶瓷层-复合钎料-金属层-复合钎料-陶瓷层-复合钎料-金属层的样式固定装配在一起，放入真空钎焊炉内进行钎焊，钎焊结束后，将金属陶瓷层和金属基体放入铸造模具内浇注钢液进行铸接；制得的金属陶瓷复合衬板韧性好，且有较高的耐磨性能和抗腐蚀性能同时金属陶瓷层占衬板很小一部分，价格便宜，对于水泥、冶金、矿山、电力等行业提高生产效率、节约停产更换时间，综合增加经济效益。

Description

一种金属陶瓷复合衬板的钎焊铸接工艺

技术领域

本发明涉及金属陶瓷复合衬板制造领域，具体涉及一种金属陶瓷复合衬板的钎焊铸接工艺。

背景技术

摩擦磨损是普遍存在的自然现象。摩擦消耗了一次能源的1/3以上，磨损是材料和设备破坏失效的三种主要方式之一，造成的损失相当于GDP的2%以上。我国是第二大能源消耗国，但单位GDP消耗能源是美国2.6倍、德国4.0倍、日本4.6倍。我国在节省能耗和资源方面具有很大的发展空间。目前国内大规模的水泥厂5000多家，每家至少有一台或两台磨机，就现行的磨机衬板一般一年左右即损坏，需停产更换。一般停产时间需15天左右，如日产5000吨水泥生产线15天，减少生产能力75000吨，减少利润高达800万元左右，对于全国水泥行业就是上百亿的损失。更重要的是使用寿命延长，不需要更换，提高生产效率、节约停产更换时间，综合增加经济效益。国内外通常将整体金属材料制备耐磨部件，应用实践证明其韧性可以满足应用要求，但其耐磨性能和抗腐蚀性能往往不能满足需要。陶瓷具备耐腐蚀、耐磨损、高硬度、抗氧化等优点，正逐渐被作为最重要的抗磨材料加以广泛深入地研究，特别是近几十年来工程结构陶瓷的快速发展为其应用提供了重要保障，但陶瓷加工性能差，延展性和冲击韧性低，易脆，使陶瓷在抗磨领域的应用受到严重制约。采用金属-陶瓷复合技术，既可以利用金属的强韧性，又可以充分发挥陶瓷材料的高硬度、高耐磨性优点，实现二者的优势互补。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种金属陶瓷复合衬板的钎焊铸接工艺，采用金属-陶瓷复合技术，既可以利用金属的强韧性，又可以充分发挥陶瓷材料的高硬度、高耐磨性优点，实现二者的优势互补。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种金属陶瓷复合衬板的钎焊铸接工艺，所述工艺包括以下步骤：

（1）、钎料的制备：按质量百分比，取10～70%的Cu粉、20～70%的Ti粉和5～20%的表面活性元素，混合均匀，制得钎料，其中表面活性元素为Ni粉，Si粉，Mg粉或者三者之间任意配比的混合金属粉；

（2）、复合钎料的制备：按照质量百分比，取80～90%的钎料和10～20%的陶瓷颗粒，混合均匀，制得复合钎料，其中陶瓷颗粒为Al₂O₃陶瓷颗粒，SiC陶瓷颗粒或者两者的混合陶瓷颗粒；

（3）、金属陶瓷层的钎焊：使用有机溶剂将金属层和陶瓷层擦洗干净，并按照陶瓷层-复合钎料-金属层-复合钎料-陶瓷层-复合钎料-金属层的样式固定装配在一起，放入真空钎焊炉内，控制真空钎焊炉的真空度为10^-2～10^-3Pa，先在28℃条件下保持1个小时，再升温到950℃保持5分钟，然后升温到1000℃并保持30分钟，最后随炉自然冷却至室温，制得金属陶瓷层；

（4）、金属陶瓷层与金属基体的铸接：将步骤（3）中制备好的金属陶瓷层预热至800～900℃，并保持30～60分钟，然后将金属陶瓷层和金属基体一起竖立放入铸接模具的型腔内，其中金属陶瓷层的金属层与金属基体相对，且金属陶瓷层的金属层与金属基体之间留有空隙,熔炼钢液浇注在金属陶瓷层与金属基体之间的空隙中，进行铸接，制得金属陶瓷复合衬板。

所述步骤（2）中Al₂O₃陶瓷颗粒和SiC陶瓷颗粒的粒度为5～50μｍ。

所述金属层和金属基体是钢板或其它合金板材。

所述陶瓷层为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷或氮化物陶瓷。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的工艺方法能通过金属的韧性保证复合衬板的工作安全性，依靠陶瓷的高硬度和良好的化学稳定性提高制品的耐磨性能和抗腐蚀性能，明显延长其使用寿命，同时金属陶瓷层占衬板很小一部分，价格便宜，对于水泥、冶金、矿山、电力等行业提高生产效率、节约停产更换时间，综合增加经济效益。

（2）本发明钎焊中使用的钎料为铜粉和钛粉，并加入表面活性元素，钎焊效果好，且成本低。

（3）本发明钎焊中使用的钎料中加有陶瓷颗粒增强相，不需要特殊的表面处理就可以保证钎料基体有很好的润湿增强相颗粒，使得相应的工艺过程得到简化，提高了工作效率。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例：

实施例1  

一种金属陶瓷复合衬板的钎焊铸接工艺，包括以下步骤： 

（1）、钎料的制备：按质量百分比，取20%的Cu粉、70%的Ti粉和10%的表面活性元素，混合均匀，制得钎料，其中表面活性元素为Ni粉；

（2）、复合钎料的制备：按照质量百分比，取80%的钎料和20%的陶瓷颗粒，混合均匀，制得复合钎料，其中陶瓷颗粒为Al₂O₃陶瓷颗粒，且Al₂O₃陶瓷颗粒的粒度为5μｍ。；

（3）、金属陶瓷层的钎焊：使用丙酮将金属层和陶瓷层擦洗干净，并按照陶瓷层-复合钎料-金属层-复合钎料-陶瓷层-复合钎料-金属层的样式固定装配在一起，放入真空钎焊炉内，控制真空钎焊炉的真空度为10^-2～10^-3Pa，先在28℃条件下保持1个小时，再升温到950℃保持5分钟，然后升温到1000℃并保持30分钟，最后随炉自然冷却至室温，制得金属陶瓷层，其中陶瓷层为氧化物陶瓷层，金属层为普通钢板；丙酮是有机溶剂的一种，溶解能力强，清洗效果好。

（4）、金属陶瓷层与金属基体的铸接：将步骤（3）中制备好的金属陶瓷层预热至800℃，并保持60分钟，然后将金属陶瓷层和金属基体一起竖立放入铸接模具的型腔内，其中金属陶瓷层的金属层与金属基体相对且两者之间留有空隙,熔炼钢液浇注在金属陶瓷层与金属基体之间的空隙中，进行铸接，制得金属陶瓷复合衬板。其中金属基体都是普通钢板。

实施例2

一种金属陶瓷复合衬板的钎焊铸接工艺，包括以下步骤： 

（1）、钎料的制备：按质量百分比，取40%的Cu粉、40%的Ti粉和20%的表面活性元素，混合均匀，制得钎料，其中表面活性元素为Ni粉，Si粉和Mg粉的混合金属粉；

（2）、复合钎料的制备：按照质量百分比，取85%的钎料和15%的陶瓷颗粒，混合均匀，制得复合钎料，其中陶瓷颗粒为Al₂O₃陶瓷颗粒和SiC陶瓷颗粒的混合陶瓷颗粒，两者之间的配比量任意，且Al₂O₃陶瓷颗粒SiC陶瓷颗粒的混合陶瓷颗粒的粒度为30μｍ；

（3）、金属陶瓷层的钎焊：使用三氯乙烯将金属层和陶瓷层擦洗干净，并按照陶瓷层-复合钎料-金属层-复合钎料-陶瓷层-复合钎料-金属层的样式固定装配在一起，放入真空钎焊炉内，控制真空钎焊炉的真空度为10^-2～10^-3Pa，先在28℃条件下保持1个小时，再升温到950℃保持5分钟，然后升温到1000℃并保持30分钟，最后随炉自然冷却至室温，制得金属陶瓷层，其中陶瓷层为氮化物陶瓷层，金属层为锰合金钢板；三氯乙烯是有机溶剂的一种，溶解能力强，清洗效果好。

（4）、金属陶瓷层与金属基体的铸接：将步骤（3）中制备好的金属陶瓷层预热至850℃，并保持45分钟，然后将金属陶瓷层和金属基体一起竖立放入铸接模具的型腔内，其中金属陶瓷层的金属层与金属基体相对且两者之间留有空隙,熔炼钢液浇注在金属陶瓷层与金属基体之间的空隙中，进行铸接，制得金属陶瓷复合衬板。其中金属基体都是普通钢板。

实施例3

一种金属陶瓷复合衬板的钎焊铸接工艺，包括以下步骤： 

（1）、钎料的制备：按质量百分比，取70%的Cu粉、25%的Ti粉和5%的表面活性元素，混合均匀，制得钎料，其中表面活性元素为Ni粉；

（2）、复合钎料的制备：按照质量百分比，取80%的钎料和20%的陶瓷颗粒，混合均匀，制得复合钎料，其中陶瓷颗粒为Al₂O₃陶瓷颗粒，且Al₂O₃陶瓷颗粒的粒度为50μｍ；

（3）、金属陶瓷层的钎焊：使用丙酮将金属层和陶瓷层擦洗干净，并按照陶瓷层-复合钎料-金属层-复合钎料-陶瓷层-复合钎料-金属层的样式固定装配在一起，放入真空钎焊炉内，控制真空钎焊炉的真空度为10^-2～10^-3Pa，先在28℃条件下保持1个小时，再升温到950℃保持5分钟，然后升温到1000℃并保持30分钟，最后随炉自然冷却至室温，制得金属陶瓷层，其中陶瓷层为氧化物陶瓷层，金属层为普通铬钢板；

（4）、金属陶瓷层与金属基体的铸接：将步骤（3）中制备好的金属陶瓷层预热至900℃，并保持00分钟，然后将金属陶瓷层和金属基体一起竖立放入铸接模具的型腔内，其中金属陶瓷层的金属层与金属基体相对且两者之间留有空隙,熔炼钢液浇注在金属陶瓷层与金属基体之间的空隙中，进行铸接，制得金属陶瓷复合衬板。其中金属基体都是铬钢板。

Claims (4)

1.一种金属陶瓷复合衬板的钎焊铸接工艺，其特征在于：所述工艺包括以下步骤：

（1）、钎料的制备：按质量百分比，取10～70%的Cu粉、20～70%的Ti粉和5～20%的表面活性元素，混合均匀，制得钎料，其中表面活性元素为Ni粉，Si粉，Mg粉或者三者之间任意配比的混合金属粉；

（2）、复合钎料的制备：按照质量百分比，取80～90%的钎料和10～20%的陶瓷颗粒，混合均匀，制得复合钎料，其中陶瓷颗粒为Al₂O₃陶瓷颗粒，SiC陶瓷颗粒或者两者的混合陶瓷颗粒；

（3）、金属陶瓷层的钎焊：使用有机溶剂将金属层和陶瓷层擦洗干净，并按照陶瓷层-复合钎料-金属层-复合钎料-陶瓷层-复合钎料-金属层的样式固定装配在一起，放入真空钎焊炉内，控制真空钎焊炉的真空度为10^-2～10^-3Pa，先在28℃条件下保持1个小时，再升温到950℃保持5分钟，然后升温到1000℃并保持30分钟，最后随炉自然冷却至室温，制得金属陶瓷层；

（4）、金属陶瓷层与金属基体的铸接：将步骤（3）中制备好的金属陶瓷层预热至800～900℃，并保持30～60分钟，然后将金属陶瓷层和金属基体一起竖立放入铸接模具的型腔内，其中金属陶瓷层的金属层与金属基体相对，金属陶瓷层的金属层与金属基体之间留有空隙，熔炼钢液浇注在金属陶瓷层与金属基体之间的空隙中，进行铸接，制得金属陶瓷复合衬板。

2.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷复合衬板的钎焊铸接工艺，其特征在于：所述步骤（2）中Al₂O₃陶瓷颗粒和SiC陶瓷颗粒的粒度为5～50μｍ。

3.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷复合衬板的钎焊铸接工艺，其特征在于：所述金属层和金属基体是钢板或其它合金板材。

4.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷复合衬板的钎焊铸接工艺，其特征在于：所述陶瓷层为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷或氮化物陶瓷。