CN103131969A - 陶瓷网格增强金属基复合预制体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陶瓷网格增强金属基复合预制体及其制备方法，制备时将粒径为8-30目的陶瓷颗粒与自熔性合金粉末用聚乙烯醇混合均匀得混合物；将混合物填充于网格型腔中，预压制成陶瓷网格，网格脱模后向网格孔内再加满自熔性合金粉末，材料整体再采用100~300公斤力压制，成型脱模后，素坯连同模腔底板一并放入150℃干燥箱中干燥2小时；将干燥后的素坯连同模腔底板放入真空炉，在温度为1000~1300℃、真空度为0.1Pa下烧结30-90min，冷却出炉后得陶瓷网格增强金属基复合预制体。本发明制备的陶瓷网格增强金属基复合预制体致密度大、陶瓷颗粒分布均匀、耐磨性能好、磨粉效率高。

Description

陶瓷网格增强金属基复合预制体及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷网格增强金属基复合预制体及其制备方法。

背景技术

在电力、水泥、矿山、冶金、煤炭等行业设备的易损件要受到煤矿、砂石、土壤等各种物料和研磨体的磨损，每年要消耗大量的金属，具不完全统计，能源的1/3~1/2消耗与摩擦和磨损有关。研制出一种能在恶劣磨损工作环境下，具有较长寿命的耐磨复合材料显得越来越重要。

多年来，颗粒增强钢铁基复合材料的工艺研究一直是复合材料研究的重大课题之一，也取得了一些成果。

中国发明专利（CN101585081A)采用粘结剂和专用模具制备出陶瓷颗粒增强体，然后进行浇铸，操作简单，能够批量生产，但是使用粘结剂量的多少会直接影响到铸渗效果，导致颗粒与金属结合不牢，使用后容易脱落。中国发明专利（CN101898239A)介绍了一种复合耐磨材料陶瓷颗粒增强体的制备方法，该增强体是由WC陶瓷颗粒在真空中烧结而成，通过设计不同形状尺寸的模具制成所要求的各种形状的预制体，将预制体排在铸型端面，然后采用负压浇铸方法浇铸成复合材料，该工艺存在碳化钨价格昂贵、只能适用于结构简单的小型耐磨件，对于大型设备难以产业化，另外，金属液流动性差，很难渗入到预制体内部孔洞，影响耐磨寿命。

    发明专利（CN 101898238 A）将氧化铝陶瓷与金属粉混合物填充于模具中，连同模具一同进炉烧结得预制体，然后再将预制体放入铸型型腔的端面侧，采用与金属粉材料相同的金属液浇注，预制体内的金属粉熔化成液体形成铸渗通路，在原位形成颗粒增强复合材料。该工艺方法可以将预制体与金属很好的融合在一起，但陶瓷颗粒比金属液密度低，容易上浮导致陶瓷颗粒在表层聚集，强度不高，另外，预制体致密度不高，预制体容易被高温熔液冲溃散。

    自熔性合金是指熔点较低、熔融过程中能自行脱氧、造渣，能“润湿”基材表面而呈现冶金结合的一类合金。合金凝固后，在固溶体中能形成高硬度的弥散强化相，使合金的强度和硬度提高。该材料以其高耐磨损、耐高温等性能广泛应用于表面工程热喷涂技术领域，能够大大延长修复件的耐磨寿命。虽然自熔性合金的耐磨性好，但涂层厚度有限，涂层范围一般从0.01至几毫米。何如将10-60mm自熔性合金材料应用于耐磨件表面来增强钢铁基复合材料国内尚未发现报道。

此外，镍基、钴基、铁基自熔性合金的熔点分别为800℃、800℃、1000℃左右，自熔性合金材料具有低熔点、润湿性好、高耐磨的优点，利用粉末冶金工艺将其与陶瓷的高硬度充分结合起来，可制备出一种新型的具有高耐磨性的金属/陶瓷复合预制体，将该复合预制体应用于电力、水泥、矿山、冶金、煤炭等行业耐磨设备成为耐磨行业新的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种致密度大、陶瓷颗粒分布均匀、耐磨性能好、磨粉效率高的陶瓷网格增强金属基复合预制体及其制备方法。

本发明的技术解决方案是：

一种陶瓷网格增强金属基复合预制体，其特征是：由下列方法制备而成：

（1）将粒径为8-30目的陶瓷颗粒与自熔性合金粉末用聚乙烯醇混合均匀得混合物，其中，陶瓷颗粒与自熔性合金粉末的体积比为1:19~1:1，聚乙烯醇的加入量是陶瓷质量的1%-6%；

（2）将上述混合物填充于网格型腔中，预压制成陶瓷网格，网格脱模后向网格孔内再加满自熔性合金粉末，材料整体再采用100~300公斤力压制，成型脱模后，素坯连同模腔底板一并放入150℃干燥箱中干燥2小时；

（3）将干燥后的素坯连同模腔底板放入真空炉，在温度为1000~1300℃、真空度为0.1Pa下烧结30-90min，冷却出炉后得陶瓷网格增强金属基复合预制体。

所述陶瓷网格增强金属基复合预制体孔内纯金属硬度为HRC55-62，陶瓷颗粒硬度68-81，厚度为6~60mm。

所说的陶瓷颗粒为氧化铝、氧化锆、碳化硅、碳化钛、碳化钨、氮化钛中的一种或任意几种。

所述陶瓷颗粒表面经金属化处理。

所述的自熔性合金粉末为铁基自熔性合金粉末、镍基自熔性合金粉末或钴基自熔性合金粉末。

预压制成陶瓷网格时所用压力为5~15公斤力。

所述模腔底板为石墨板，表面放置一层0.2~0.5mm的石墨纸。

一种陶瓷网格增强金属基复合预制体的制备方法，其特征是：包括下列步骤：

（1）将粒径为8-30目的陶瓷颗粒与自熔性合金粉末用聚乙烯醇混合均匀得混合物，其中，陶瓷颗粒与自熔性合金粉末的体积比为1:19~1:1，聚乙烯醇的加入量是陶瓷质量的1%-6%；

（2）将上述混合物填充于网格型腔中，预压制成陶瓷网格，网格脱模后向网格孔内再加满自熔性合金粉末，材料整体再采用100~300公斤力压制，成型脱模后，素坯连同模腔底板一并放入150℃干燥箱中干燥2小时；

（3）将干燥后的素坯连同模腔底板放入真空炉，在温度为1000~1300℃、真空度为0.1Pa下烧结30-90min，冷却出炉后得陶瓷网格增强金属基复合预制体。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）金属化的陶瓷颗粒与金属自熔性合金结合更牢固，磨损过程中颗粒不易脱落；

（2）本发明制备的预制体经一定压力压制致密度高，复合在耐磨件表面后，耐磨寿命更长；

（3）本发明制备的预制体表面陶瓷硬质相与金属双重耐磨，同时也保证了一定韧性；

（4）本发明由于采用了自熔性合金粉末，制备出的预制体与金属基体复合浇铸润湿性好、结合强度高，同时金属基体可采用低成本的普通钢；

（5）本发明制备的预制体在磨损过程中，因陶瓷网格与金属硬度不同导致预制体表面凹凸不平，呈现网格状耐磨面，提高耐磨性的同时也大大提高了磨粉效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是磨盘用复合预制体的示意图。

图2是用图1所示复合预制体制成的磨盘示意图。

图3磨辊用复合预制体的示意图.

图4是用图3所示复合预制体制成的磨辊示意图。

具体实施方式

实施例1：

（1）将粒径为8-30目的氧化锆颗粒与铁基自熔性合金粉末用聚乙烯醇混合均匀得混合物，其中，陶瓷颗粒与铁基自熔性合金粉末的体积比为1:19，聚乙烯醇的加入量是陶瓷质量的2%；

（2）将上述混合物填充于网格型腔中，采用压力预压制成陶瓷网格，网格脱模后向网格孔内再加满铁基自熔性合金粉末，材料整体再采用100~300公斤力压制，成型脱模后，素坯连同模腔底板一并放入150℃干燥箱中干燥2小时；

（3）将干燥后的素坯连同模腔底板放入真空炉温度为1150℃、真空度为0.1Pa下烧结40min，冷却出炉后得陶瓷网格增强金属基复合预制体。

所述陶瓷网格增强金属基复合预制体孔内纯金属硬度为HRC55-62，陶瓷颗粒硬度68-81，厚度为6~60mm。

所述陶瓷颗粒表面经金属化处理。

预压制成陶瓷网格时所用压力为5~15公斤力。

所述模腔底板为石墨板，表面放置一层0.2~0.5mm的石墨纸。

实施例2：

（1）将粒径为8-30目的碳化钨颗粒与铁基自熔性合金粉末用聚乙烯醇混合均匀得混合物，其中，陶瓷颗粒与铁基自熔性合金粉末的体积比为1:4，聚乙烯醇的加入量是陶瓷质量的1%；

（2）将上述混合物填充于网格型腔中，采用压力预压制成陶瓷网格，网格脱模后向网格孔内再加满铁基自熔性合金粉末，材料整体再采用100~300公斤力压制，成型脱模后，素坯连同模腔底板一并放入150℃干燥箱中干燥2小时；

（3）将干燥后的素坯连同模腔底板放入真空炉温度为1000℃、真空度为0.1Pa下烧结30min，冷却出炉后得陶瓷网格增强金属基复合预制体。

所述陶瓷网格增强金属基复合预制体孔内纯金属硬度为HRC55-62，陶瓷颗粒硬度68-81，厚度为6~60mm。

预压制成陶瓷网格时所用压力为5~15公斤力。

所述模腔底板为石墨板，表面放置一层0.2~0.5mm的石墨纸。

实施例3：

（1）将粒径为8-30目的碳化硅颗粒与镍基自熔性合金粉末用聚乙烯醇混合均匀得混合物，其中，陶瓷颗粒与镍基自熔性合金粉末的体积比为1:1，聚乙烯醇的加入量是陶瓷质量的6%；

（2）将上述混合物填充于网格型腔中，采用适当压力预压制成陶瓷网格，网格脱模后向网格孔内再加满镍基自熔性合金粉末，材料整体再采用100~300公斤力压制，成型脱模后，素坯连同模腔底板一并放入150℃干燥箱中干燥2小时；

（3）将干燥后的素坯连同模腔底板放入真空炉温度为1300℃、真空度为0.1Pa下烧结60min，冷却出炉后得陶瓷网格增强金属基复合预制体。

所述陶瓷网格增强金属基复合预制体孔内纯金属硬度为HRC55-62，陶瓷颗粒硬度68-81，厚度为6~60mm。

预压制成陶瓷网格时所用压力为5~15公斤力。

所述模腔底板为石墨板，表面放置一层0.2~0.5mm的石墨纸。

实施例4：

（1）将粒径为8-30目的碳化钛颗粒与镍基自熔性合金粉末用聚乙烯醇混合均匀得混合物，其中，陶瓷颗粒与镍基自熔性合金粉末的体积比为1:10，聚乙烯醇的加入量是陶瓷质量的4%；

（2）将上述混合物填充于网格型腔中，采用适当压力预压制成陶瓷网格，网格脱模后向网格孔内再加满镍基自熔性合金粉末，材料整体再采用100~300公斤力压制，成型脱模后，素坯连同模腔底板一并放入150℃干燥箱中干燥2小时；

（3）将干燥后的素坯连同模腔底板放入真空炉温度为1200℃、真空度为0.1Pa下烧结90min，冷却出炉后得陶瓷网格增强金属基复合预制体。

所述陶瓷网格增强金属基复合预制体孔内纯金属硬度为HRC55-62，陶瓷颗粒硬度68-81，厚度为6~60mm。

预压制成陶瓷网格时所用压力为5~15公斤力。

所述模腔底板为石墨板，表面放置一层0.2~0.5mm的石墨纸。

Claims (8)

1.一种陶瓷网格增强金属基复合预制体，其特征是：由下列方法制备而成：

（1）将粒径为8-30目的陶瓷颗粒与自熔性合金粉末用聚乙烯醇混合均匀得混合物，其中，陶瓷颗粒与自熔性合金粉末的体积比为1:19~1:1，聚乙烯醇的加入量是陶瓷质量的1%-6%；

（2）将上述混合物填充于网格型腔中，预压制成陶瓷网格，网格脱模后向网格孔内再加满自熔性合金粉末，材料整体再采用100~300公斤力压制，成型脱模后，素坯连同模腔底板一并放入150℃干燥箱中干燥2小时；

（3）将干燥后的素坯连同模腔底板放入真空炉，在温度为1000~1300℃、真空度为0.1Pa下烧结30-90min，冷却出炉后得陶瓷网格增强金属基复合预制体。

2.根据权利要求1所述的陶瓷网格增强金属基复合预制体，其特征是：所述陶瓷网格增强金属基复合预制体孔内纯金属硬度为HRC55-62，陶瓷颗粒硬度68-81，厚度为6~60mm。

3.根据权利要求1或2所述的陶瓷网格增强金属基复合预制体，其特征是：所说的陶瓷颗粒为氧化铝、氧化锆、碳化硅、碳化钛、碳化钨、氮化钛中的一种或任意几种。

4.根据权利要求1或2所述的陶瓷网格增强金属基复合预制体，其特征是：所述陶瓷颗粒表面经金属化处理。

5.根据权利要求1或2所述的陶瓷网格增强金属基复合预制体，其特征是：所述的自熔性合金粉末为铁基自熔性合金粉末、镍基自熔性合金粉末或钴基自熔性合金粉末。

6.根据权利要求1或2所述的陶瓷网格增强金属基复合预制体，其特征是：预压制成陶瓷网格时所用压力为5~15公斤力。

7.根据权利要求1或2所述的陶瓷网格增强金属基复合预制体，其特征是：所述模腔底板为石墨板，表面放置一层0.2~0.5mm的石墨纸。

8.一种权利要求1所述的陶瓷网格增强金属基复合预制体的制备方法，其特征是：包括下列步骤：

（1）将粒径为8-30目的陶瓷颗粒与自熔性合金粉末用聚乙烯醇混合均匀得混合物，其中，陶瓷颗粒与自熔性合金粉末的体积比为1:19~1:1，聚乙烯醇的加入量是陶瓷质量的1%-6%；

（2）将上述混合物填充于网格型腔中，预压制成陶瓷网格，网格脱模后向网格孔内再加满自熔性合金粉末，材料整体再采用100~300公斤力压制，成型脱模后，素坯连同模腔底板一并放入150℃干燥箱中干燥2小时；

（3）将干燥后的素坯连同模腔底板放入真空炉，在温度为1000~1300℃、真空度为0.1Pa下烧结30-90min，冷却出炉后得陶瓷网格增强金属基复合预制体。

Images