CN106498222B - 一种复合耐磨材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合耐磨材料的制备方法，属于耐磨材料制备技术领域。本发明首先将废弃陶瓷、碳化硅等物质进行混合球磨，得到混合粉末，再将纯铜熔融后，与铝、铁等金属进行混合加热，得到混合金属液体，接着将其与混合粉末进行混合浇铸，经淬火，加热升温、再淬火，得到固体，最后对其进行电晕处理和真空烧结，得到复合耐磨材料。本发明制备的复合耐磨材料耐磨性能高，摩擦系数为0.2～0.3，体积磨损低于1.95×10‑4cm3；且复合耐磨材料基料之间的粘结性较好，提高了其抗冲击强度，其冲击强度达到65J/cm2以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合耐磨材料的制备方法，属于耐磨材料制备技术领域。
背景技术
磨损是预制件产生失效的一种最基本的类型，目前普遍存在于冶金、矿山、火电、机械、水泥、煤矿等许多行业。这造成了原材料的极大浪费和能源的巨大的消耗，据不完全统计，我国每年消耗金属耐磨材料高达500万吨以上。可见提高机械设备及零件部件的耐磨性能，可以有效减少能源的消耗，也可以提高劳动生产率。
目前，研究最多的是以氧化铝，碳化硅，碳化钨陶瓷颗粒为骨料，合金粉末或基体金属粉末为填充剂，选择合适的粘结剂，压制成型，制成预制块，烘干，在真空烧结炉内熔化合金粉末、基体金属粉末，把陶瓷颗粒粘接成多孔的陶瓷预制体。然后再浇铸基体金属液。在浇铸基体金属液时，合金粉末熔化，金属液填充至该合金粉末的孔隙中，这样的预制体是靠粘接剂粘接成型易脆裂、易剥落。孔隙均匀性差，在浇铸基体金属液时，基体金属液渗透不透彻，不均匀，陶瓷颗粒和基体金属液的粘结性较差，从而导致耐磨性能较差，抗冲击性能差，其次，合金粉末价格昂贵，导致制造成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有的耐磨材料中陶瓷颗粒与基体金属液的粘结性较差，从而导致耐磨性能和抗冲击性能较差的问题，本发明首先将废弃陶瓷、碳化硅等物质进行混合球磨，得到混合粉末，再将纯铜熔融后，与铝、铁等金属进行混合加热，得到混合金属液体，接着将其与混合粉末进行混合浇铸，经淬火，加热升温、再淬火，得到固体，最后对其进行电晕处理和真空烧结，得到复合耐磨材料。本发明制备的复合耐磨材料耐磨性能和抗冲击性能好，便于工业运用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）按重量份数计，分别选取30～40份废弃陶瓷、5～10份碳化硅、6～8份二氧化锆、3～5份微晶玻璃、2～4份炭黑和1～3份氮化钛，按球料质量比10:1将物料加入到球磨罐中，球磨20～30h后过100～120目筛，得混合粉末，备用；
（2）按质量百分比计，分别选取6～10%Al、0.6～0.8%Fe、2.5～3.0%Nb、3.5～5.0%Mo、0.3～0.5%Ni、15～20%Mn、1～3%Zn，其余的为纯铜，先将纯铜放入石墨粘土坩埚中，再把坩埚放入电阻炉中，在高纯氩气的气氛下加热至1100～1200℃使铜熔融，随后向液体铜中加入Al、Fe、Nb、Mo、Ni、Mn、Zn组分，继续保温15～20min，得混合金属液体；
（3）将上述混合金属液体中加入步骤（1）备用的混合粉末，随后立即浇铸到模具中，冷却至700～800℃出炉，用自来水淬火3～5min，淬火后再放入电阻炉中以10～15℃/min速率升温至700～800℃，保温5～10min后出炉，用自来水淬火至室温，得固体；
（4）将上述固体放置于电晕放电仪上，处理电压为50～70kV，每隔20～30s处理一次，每次处理5～10s，电晕处理3～5min后，将电晕处理后的固体放入真空气氛烧结炉中，在1300～1500℃温度下保温烧结20～25min，烧结后冷却至室温，得复合耐磨材料。
本发明制备的复合耐磨材料拉伸强度达到1250MPa以上，抗压强度达到680MPa以上，冲击韧性达到65J/cm2以上，摩擦系数为0.2～0.3，体积磨损低于1.95×10-4cm3。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的复合耐磨材料耐磨性能高，摩擦系数为0.2～0.3，体积磨损低于1.95×10-4cm3；
（2）本发明制备的复合耐磨材料基料之间的粘结性较好，提高了其抗冲击强度，其冲击韧性达到65J/cm2以上；
（3）本发明制备的复合耐磨材料制备工艺简单，成本低廉，便于工业运用。
具体实施方式
首先按重量份数计，分别选取30～40份废弃陶瓷、5～10份碳化硅、6～8份二氧化锆、3～5份微晶玻璃、2～4份炭黑和1～3份氮化钛，按球料质量比10:1将物料加入到球磨罐中，球磨20～30h后过100～120目筛，得混合粉末，备用；再按质量百分比计，分别选取6～10%Al、0.6～0.8%Fe、2.5～3.0%Nb、3.5～5.0%Mo、0.3～0.5%Ni、15～20%Mn、1～3%Zn，其余的为纯铜，先将纯铜放入石墨粘土坩埚中，再把坩埚放入电阻炉中，在高纯氩气的气氛下加热至1100～1200℃使铜熔融，随后向液体铜中加入Al、Fe、Nb、Mo、Ni、Mn、Zn组分，继续保温15～20min，得混合金属液体；接着将上述混合金属液体中加入备用的混合粉末，随后立即浇铸到模具中，冷却至700～800℃出炉，用自来水淬火3～5min，淬火后再放入电阻炉中以10～15℃/min速率升温至700～800℃，保温5～10min后出炉，用自来水淬火至室温，得固体；最后将上述固体放置于电晕放电仪上，处理电压为50～70kV，每隔20～30s处理一次，每次处理5～10s，电晕处理3～5min后，将电晕处理后的固体放入真空气氛烧结炉中，在1300～1500℃温度下保温烧结20～25min，烧结后冷却至室温，得复合耐磨材料。
实例1
首先按重量份数计，分别选取40份废弃陶瓷、10份碳化硅、8份二氧化锆、5份微晶玻璃、4份炭黑和3份氮化钛，按球料质量比10:1将物料加入到球磨罐中，球磨30h后过120目筛，得混合粉末，备用；再按质量百分比计，分别选取10%Al、0.8%Fe、3.0%Nb、5.0%Mo、0.5%Ni、20%Mn、3%Zn，其余的为纯铜，先将纯铜放入石墨粘土坩埚中，再把坩埚放入电阻炉中，在高纯氩气的气氛下加热至1200℃使铜熔融，随后向液体铜中加入Al、Fe、Nb、Mo、Ni、Mn、Zn组分，继续保温20min，得混合金属液体；接着将上述混合金属液体中加入备用的混合粉末，随后立即浇铸到模具中，冷却至800℃出炉，用自来水淬火5min，淬火后再放入电阻炉中以15℃/min速率升温至700℃，保温10min后出炉，用自来水淬火至室温，得固体；最后将上述固体放置于电晕放电仪上，处理电压为70kV，每隔30s处理一次，每次处理10s，电晕处理5min后，将电晕处理后的固体放入真空气氛烧结炉中，在1500℃温度下保温烧结25min，烧结后冷却至室温，得复合耐磨材料。
本发明制备的复合耐磨材料拉伸强度达到1256MPa，抗压强度达到685MPa，冲击强度达到67J/cm2，摩擦系数为0.3，体积磨损为1.94×10-4cm3。
实例2
首先按重量份数计，分别选取30份废弃陶瓷、5份碳化硅、6份二氧化锆、3份微晶玻璃、2份炭黑和1份氮化钛，按球料质量比10:1将物料加入到球磨罐中，球磨20h后过100目筛，得混合粉末，备用；再按质量百分比计，分别选取10%Al、0.6%Fe、2.5%Nb、3.5%Mo、0.3%Ni、15%Mn、1%Zn，其余的为纯铜，先将纯铜放入石墨粘土坩埚中，再把坩埚放入电阻炉中，在高纯氩气的气氛下加热至1100℃使铜熔融，随后向液体铜中加入Al、Fe、Nb、Mo、Ni、Mn、Zn组分，继续保温15min，得混合金属液体；接着将上述混合金属液体中加入备用的混合粉末，随后立即浇铸到模具中，冷却至700℃出炉，用自来水淬火3min，淬火后再放入电阻炉中以10℃/min速率升温至800℃，保温5min后出炉，用自来水淬火至室温，得固体；最后将上述固体放置于电晕放电仪上，处理电压为50kV，每隔20s处理一次，每次处理5s，电晕处理3min后，将电晕处理后的固体放入真空气氛烧结炉中，在1300℃温度下保温烧结20min，烧结后冷却至室温，得复合耐磨材料。
本发明制备的复合耐磨材料拉伸强度达到1257MPa，抗压强度达到687MPa，冲击强度达到69J/cm2，摩擦系数为0.2，体积磨损为1.85×10-4cm3。
实例3
首先按重量份数计，分别选取35份废弃陶瓷、7份碳化硅、7份二氧化锆、4份微晶玻璃、3份炭黑和2份氮化钛，按球料质量比10:1将物料加入到球磨罐中，球磨25h后过110目筛，得混合粉末，备用；再按质量百分比计，分别选取7%Al、0.7%Fe、2.7%Nb、4.2%Mo、0.4%Ni、17%Mn、2%Zn，其余的为纯铜，先将纯铜放入石墨粘土坩埚中，再把坩埚放入电阻炉中，在高纯氩气的气氛下加热至1150℃使铜熔融，随后向液体铜中加入Al、Fe、Nb、Mo、Ni、Mn、Zn组分，继续保温17min，得混合金属液体；接着将上述混合金属液体中加入备用的混合粉末，随后立即浇铸到模具中，冷却至750℃出炉，用自来水淬火4min，淬火后再放入电阻炉中以12℃/min速率升温至750℃，保温7min后出炉，用自来水淬火至室温，得固体；最后将上述固体放置于电晕放电仪上，处理电压为60kV，每隔25s处理一次，每次处理7s，电晕处理4min后，将电晕处理后的固体放入真空气氛烧结炉中，在1350℃温度下保温烧结22min，烧结后冷却至室温，得复合耐磨材料。
本发明制备的复合耐磨材料拉伸强度达到1253MPa，抗压强度达到684MPa，冲击强度达到64J/cm2，摩擦系数为0.2，体积磨损低于1.84×10-4cm3。
Claims (1)
1.一种复合耐磨材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，分别选取30～40份废弃陶瓷、5～10份碳化硅、6～8份二氧化锆、3～5份微晶玻璃、2～4份炭黑和1～3份氮化钛，按球料质量比10:1将物料加入到球磨罐中，球磨20～30h后过100～120目筛，得混合粉末，备用；
（2）按质量百分比计，分别选取6～10%Al、0.6～0.8%Fe、2.5～3.0%Nb、3.5～5.0%Mo、0.3～0.5%Ni、15～20%Mn、1～3%Zn，其余的为纯铜，先将纯铜放入石墨粘土坩埚中，再把坩埚放入电阻炉中，在高纯氩气的气氛下加热至1100～1200℃使铜熔融，随后向液体铜中加入Al、Fe、Nb、Mo、Ni、Mn、Zn组分，继续保温15～20min，得混合金属液体；
（3）将上述混合金属液体中加入步骤（1）备用的混合粉末，随后立即浇铸到模具中，冷却至700～800℃出炉，用自来水淬火3～5min，淬火后再放入电阻炉中以10～15℃/min速率升温至700～800℃，保温5～10min后出炉，用自来水淬火至室温，得固体；
（4）将上述固体放置于电晕放电仪上，处理电压为50～70kV，每隔20～30s处理一次，每次处理5～10s，电晕处理3～5min后，将电晕处理后的固体放入真空气氛烧结炉中，在1300～1500℃温度下保温烧结20～25min，烧结后冷却至室温，得复合耐磨材料。
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