CN104228185A - 一种在金属表面牢固复合长纤维丝材的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在金属表面牢固复合长纤维丝材的方法，当长纤维丝材为金属长纤维丝材时，将金属长纤维丝材贴合分布在金属基体的表面，再使金属长纤维丝材与金属基体之间实现冶金结合，便可在金属表面牢固复合金属长纤维丝材；当长纤维丝材包括金属长纤维丝材和非金属长纤维丝材时，先将金属长纤维丝材和非金属长纤维丝材进行编织，形成一面为金属长纤维丝材、另一面为非金属长纤维丝材的编织体，并使编织体带金属长纤维丝材的一面贴合分布在金属基体的表面，再使金属长纤维丝材与金属基体之间实现冶金结合，便可在金属表面牢固复合非金属长纤维丝材。本发明方法可同时满足耐磨、减摩、防腐蚀使用性能。
Description
技术领域
本发明涉及金属表面处理的技术领域，尤其是指一种在金属表面牢固复合长纤维丝材的方法。
背景技术
金属表面处理的方法有电镀、渗碳、渗氮、喷涂。液压机的导柱以及模具的导柱为了防腐蚀和耐磨损表面上镀上一层铬，由于镀层不可能太厚，时间长了腐蚀还是可以穿透镀层造成导柱生锈，镀层也可能剥落，从而缩短设备和模具的使用寿命；而且电镀液对环境有很严重的污染。为了使轴承的内外环耐腐蚀耐磨损，轴承钢含铬量较高，而轴承的内外环最容易被磨损的部位是轴承的内外环的沟道表面，而轴承的内外环各部位材料成分完全相同，制约了轴承钢制造轴承提高使用寿命能够采取的措施。常规的对钢材进行表面处理的方法还有渗碳、渗氮，由于物质必须渗入固体钢材内部，需要在高温、真空设备中进行，耗费的时间长，消耗的电能多，并且渗碳、渗氮层薄而脆。金属电弧喷涂是将金属液滴喷射在金属基体的表面快速凝固后在金属基体上形成新的金属合金表面层，金属粉末喷涂是将热的金属粉末喷涂到金属基体材料表面在金属基体上形成新的金属合金表面层，其缺点是材料很难均匀分布，可能产生不致密、气孔、氧化、夹杂等缺陷，涂层较厚时容易剥落。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提供一种满足耐磨、减摩、防腐蚀使用性能的在金属表面牢固复合长纤维丝材的方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种在金属表面牢固复合长纤维丝材的方法，当长纤维丝材为金属长纤维丝材时，需将金属长纤维丝材贴合分布在金属基体的表面，然后再使金属长纤维丝材与金属基体之间实现冶金结合，最终便可在金属表面牢固复合金属长纤维丝材；而当长纤维丝材包括有金属长纤维丝材和非金属长纤维丝材时，则需先将金属长纤维丝材和非金属长纤维丝材进行编织，形成一面为金属长纤维丝材、另一面为非金属长纤维丝材的编织体，并使编织体带金属长纤维丝材的一面贴合分布在金属基体的表面，其带非金属长纤维丝材的一面不与金属基体的表面接触，最后再使金属长纤维丝材与金属基体之间实现冶金结合，最终便可在金属表面牢固复合非金属长纤维丝材。
当长纤维丝材为金属长纤维丝材时，可将金属长纤维丝材缠绕贴合分布在金属基体表面。
当长纤维丝材为金属长纤维丝材时，可先将金属长纤维丝材进行编织，形成所需的编织体，然后再将编织体贴合分布在金属基体表面。
所述编织体的形状大小与金属基体表面的形状大小相匹配。
所述冶金结合可通过加热烧结实现。
当长纤维丝材包括有金属长纤维丝材和非金属长纤维丝材，且金属长纤维丝材与金属基体之间的冶金结合是通过加热烧结实现时，该烧结温度需在金属丝材的烧结温度范围内，并低于非金属丝材的烧结温度。
所述长纤维丝材贴合分布在金属基体表面的材料可进行塑性压力加工，达到所需的形状大小。
所述金属长纤维丝材可焊接贴合分布在金属基体的表面。
通过对金属表面牢固复合的非金属长纤维丝材浸渗热固化流体材料或冷固化流体材料，固化后使非金属长纤维丝材固为一整体。
所述热固化高分子流体材料加入石墨粉末，使其具有自润滑功能。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、由于丝材柔软易于变形，能够很方便、均匀地分布到基体材料表面上，并且容易控制、调整复合层的厚度；
2、通过烧结使金属长纤维丝材与金属基体之间实现冶金结合，牢固可靠；
3、金属长纤维丝材和非金属长纤维丝材一起编织，相互约束，互相制约，相互包含，金属长纤维丝材和非金属长纤维丝材没有明确的分界面，结合牢固可靠；
4、可以灵活方便地在金属材料的表面复合不同材料获得织构组织；
5、可以制造轴承的内环、外环，基体是金属具有良好的结构力学性能、抗冲击，而表面为非金属材料耐腐蚀、耐磨损；
6、非金属长纤维丝材为陶瓷纤维时，陶瓷纤维具有很好的柔韧性，避免了陶瓷材料的脆性，保持陶瓷以纤维的形式存在于零件表面，零件表面具有高的显微硬度，同时具有很好的柔韧性；
7、浸渗流体中加入石墨粉末后，从而使材料具有自润滑功能；
8、可以将热物理性能差异较大的材料很方便地复合到一起；
9、工艺步骤简单，操作方便，实施容易，生产成本较低，适合于大批量工业生产，应用范围广，市场前景好。
具体实施方式
下面结合多个具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明所述的在金属表面牢固复合长纤维丝材的方法，其具体情况如下：
当长纤维丝材为金属长纤维丝材时，需将金属长纤维丝材贴合分布在金属基体的表面，然后再使金属长纤维丝材与金属基体之间实现冶金结合，最终便可在金属表面牢固复合金属长纤维丝材；而当长纤维丝材包括有金属长纤维丝材和非金属长纤维丝材时，则需先将金属长纤维丝材和非金属长纤维丝材进行编织，形成一面为金属长纤维丝材、另一面为非金属长纤维丝材的编织体，并使编织体带金属长纤维丝材的一面贴合分布在金属基体的表面，其带非金属长纤维丝材的一面不与金属基体的表面接触，最后再使金属长纤维丝材与金属基体之间实现冶金结合，最终便可在金属表面牢固复合非金属长纤维丝材。
而在本实施例中，是采用直径100微米的1Cr18Ni9不锈钢丝材20根组合成一束，通过织管机编织成内径平均值为100毫米的编织管，再将直径100.5毫米的45钢棒胀入不锈钢编织管内，不锈钢编织丝紧密均匀地包覆在45钢棒外表面，再将材料加热达到1150摄氏度，保温烧结2小时，使不锈钢丝材与45钢棒基体及不锈钢丝材之间实现冶金结合，制造获得内部为45钢、表层为不锈钢的合金棒材料。
实施例2
与实施例1不同的是本实施例将不锈钢丝材直接编织在45钢棒外表面。
实施例3
与实施例1不同的是本实施例采用的棒料是铝合金，烧结温度为630摄氏度。
实施例4
与实施例1不同的是本实施例的金属丝材为镍丝。
实施例5
与实施例1不同的是本实施例的金属丝材为铝青铜，实现冶金结合时是在真空加热炉中加热达到880摄氏度保温两小时。
实施例6
与实施例1不同的是本实施例的金属丝材为铝青铜，棒料材质是铝合金，实现冶金结合时是在真空加热炉中加热达到600摄氏度保温两小时。
实施例7
采用直径200微米的316不锈钢丝材，通过织管机编织成外径平均值为100毫米的编织管，再将不锈钢编织管置入孔径为100毫米的45钢管内，再采用一硬质钢球从不锈钢编织管中挤过，钢球直径比编织管平均内径大0.2毫米，将不锈钢编织丝紧密均匀地胀贴在钢管内表面，再将材料加热达到1150摄氏度，保温烧结2小时，使不锈钢丝材与45钢管基体及不锈钢丝材之间实现冶金结合，制造获得内表面为不锈钢的合金管材料。
实施例8
对实施例1制备获得的材料的外表面进行滚动碾压塑性加工，加工出滚动轴承内环的表面沟道。
实施例9
对实施例7制备获得的材料的内表面进行滚动碾压塑性加工，加工出滚动轴承外环的表面沟道。
实施例10
本实施例将丝径为150微米的45钢丝束与丝径为30微米的石英纤维长丝束组合在一起形成丝材编织束，通过织管机编织成内径平均值为100毫米的编织管，编织时45钢丝束保持在内侧，编织后形成编织管的内表面，石英纤维长丝束保持在外侧，编织后形成编织管的外表面；再将直径100.5毫米的45钢棒胀入编织管内，45钢编织丝材紧密均匀地包覆在45钢棒外表面，再将材料加热达到1050摄氏度，保温烧结2小时，使45钢丝与45钢棒基体及45钢丝之间实现冶金结合，制造获得表层牢固包覆着石英纤维长丝、内部为45钢的棒材料。
实施例11
本实施例将丝径为100微米的45钢丝束与丝径为20微米的石英纤维长丝束组合在一起形成丝材编织束，通过编织机编织成厚度为3毫米的织片，编织时45钢丝束保持在下侧，编织后形成织片的下表面，石英纤维长丝束保持在上侧，编织后形成织片的上表面；再将厚度为3毫米的织片贴合放置在45钢板的上表面，并施加压力，45钢编织丝材紧密均匀地贴压在45钢板的上表面，再加热达到1100摄氏度，保温烧结2小时，使45钢丝与45钢板基体及45钢丝之间实现冶金结合，制造获得表层牢固覆盖石英纤维长丝、基体材料为45钢的板材料。
实施例12
本实施例将丝径为100微米的45钢丝束与丝径为50微米的石英纤维长丝束组合在一起形成丝材编织束，编织时随着45钢金属模具型腔表面形状使长纤维丝材仿形贴合分布在金属模具型腔基体表面上，长纤维丝材编织的形状和尺寸与金属基体表面的形状和尺寸一致，并使45钢丝束保持在下侧，与金属模具型腔基体表面接触，同时将45钢丝焊接在金属模具型腔表面，一边编织一边焊接，石英纤维长丝束保持在上侧，形成模具型腔的新表面；再加热达到1050摄氏度，保温烧结2小时，使45钢丝与45钢基体材料及45钢丝之间实现完整冶金结合，制造获得表层牢固覆盖石英纤维长丝、基体材料为45钢的型腔模具。
实施例13
将实施例10、11、12制造获得表层牢固覆盖石英纤维长丝、基体为45钢的材料置于真空浸渗容器中，抽真空之后，加入热固化高分子流体材料N-200型树脂液体，浸渗进入材料表层的石英纤维长丝之间的间隙中，并对所述浸渗N-200型树脂液体施加超声波，提高浸渗效率。完成浸渗后取出材料，去除多余的N-200型树脂液体材料，加热至90℃，并保温45分钟，使浸渗进入石英纤维长丝之间N-200型树脂液体固化。
实施例14
与实施例13不同的是本实施例N-200型树脂液体材料中加入石墨粉末，并搅拌均匀。
实施例15
与实施例11不同的是本实施例非金属纤维为碳纤维。
实施例16
与实施例11不同的是本实施例非金属纤维为碳化硅纤维。
实施例17
与实施例13不同的是本实施例浸渗流体为铝合金液体。
实施例18
与实施例13不同的是本实施例使热固化高分子材料在压力条件下固化。
实施例19
将316不锈钢金属长纤维丝材紧密缠绕贴合分布在45钢圆棒金属基体表面，再在1100摄氏度烧结2小时。
以上所述实施例子只为本发明较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种在金属表面牢固复合长纤维丝材的方法，其特征在于：当长纤维丝材为金属长纤维丝材时，需将金属长纤维丝材贴合分布在金属基体的表面，然后再使金属长纤维丝材与金属基体之间实现冶金结合，最终便可在金属表面牢固复合金属长纤维丝材；而当长纤维丝材包括有金属长纤维丝材和非金属长纤维丝材时，则需先将金属长纤维丝材和非金属长纤维丝材进行编织，形成一面为金属长纤维丝材、另一面为非金属长纤维丝材的编织体，并使编织体带金属长纤维丝材的一面贴合分布在金属基体的表面，其带非金属长纤维丝材的一面不与金属基体的表面接触，最后再使金属长纤维丝材与金属基体之间实现冶金结合，最终便可在金属表面牢固复合非金属长纤维丝材。
2.根据权利要求1所述的一种在金属表面牢固复合长纤维丝材的方法，其特征在于：当长纤维丝材为金属长纤维丝材时，可将金属长纤维丝材缠绕贴合分布在金属基体表面。
3.根据权利要求1所述的一种在金属表面牢固复合长纤维丝材的方法，其特征在于：当长纤维丝材为金属长纤维丝材时，可先将金属长纤维丝材进行编织，形成所需的编织体，然后再将编织体贴合分布在金属基体表面。
4.根据权利要求1或3所述的一种在金属表面牢固复合长纤维丝材的方法，其特征在于：所述编织体的形状大小与金属基体表面的形状大小相匹配。
5.根据权利要求1所述的一种在金属表面牢固复合长纤维丝材的方法，其特征在于：所述冶金结合可通过加热烧结实现。
6.根据权利要求1所述的一种在金属表面牢固复合长纤维丝材的方法，其特征在于：当长纤维丝材包括有金属长纤维丝材和非金属长纤维丝材，且金属长纤维丝材与金属基体之间的冶金结合是通过加热烧结实现时，该烧结温度需在金属丝材的烧结温度范围内，并低于非金属丝材的烧结温度。
7.根据权利要求1所述的一种在金属表面牢固复合长纤维丝材的方法，其特征在于：所述长纤维丝材贴合分布在金属基体表面的材料可进行塑性压力加工，达到所需的形状大小。
8.根据权利要求1所述的一种在金属表面牢固复合长纤维丝材的方法，其特征在于：所述金属长纤维丝材可焊接贴合分布在金属基体的表面。
9.根据权利要求1所述的一种在金属表面牢固复合长纤维丝材的方法，其特征在于：通过对金属表面牢固复合的非金属长纤维丝材浸渗热固化流体材料或冷固化流体材料，固化后使非金属长纤维丝材固为一整体。
10.根据权利要求9所述的一种在金属表面牢固复合长纤维丝材的方法，其特征在于：所述热固化高分子流体材料加入石墨粉末，使其具有自润滑功能。
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