CN111054916A - 一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型方法及成型模具 - Google Patents

一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型方法及成型模具 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型方法及成型模具，包括：（1）将陶瓷颗粒进行表面金属化预处理；（2）将陶瓷颗粒与粘结剂按一定比例混合均匀得混合物；（3）在混合物中加入一定比例陶瓷粉末并均匀混合，得颗粒混合物；（4）在泡沫陶瓷舟底面放置一层石墨纸，将泡沫圆柱按蜂窝状形式排列并粘结在石墨纸上，泡沫陶瓷舟左右两端用木板压紧固定，颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟，紧实后放入干燥箱中干燥出箱后脱模后得蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体。本发明采用消失模成型工艺，工艺流程简单，木模和泡沫陶瓷舟可重复利用，降低生产成本；金属化的陶瓷颗粒与金属基体材料润湿性好，结合更牢固。

Description

一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型方法及成型模具
技术领域
本发明属于陶瓷预制体制造技术领域，具体涉及一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型方法及成型模具。
背景技术
随着科技水平和现代工业的发展对材料的耐磨性要求越来越高，火电、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。根据不完全统计，能源的1/3-1/2消耗与摩擦和磨损有关。对材料来说，约80%的零件失效是由摩擦引起的，其中磨料磨损而失效的约占50%。我国用于磨料磨损工况的耐磨件，每年消耗200多万吨。
在工业生产中的许多领域如燃煤电厂、水泥、钢铁、矿山等领域都存在恶劣的工作环境，要求工作部件同时具备耐磨耐热或耐磨耐冲击综合性能，因此具有单一性能的材料已不能满足工况的需求，因此，各种陶瓷颗粒增强铁基耐磨材料受到研究者越来越多的重视。
中国发明专利（ZL201010235198）是将陶瓷颗粒和金属粉混合后填充于石墨模具中，然后连同模具一起放入真空炉中烧结，金属粉将陶瓷颗粒粘结成预制体，然后再将预制体浇铸在耐磨件的表面。该工艺制备的预制体存在孔隙度大、耐磨寿命短等缺陷。中国发明专利（ZL201110445138)采用了一种陶瓷颗粒增强钢铁基网格状复合材料的制备方法，通过粉末烧结将硬质陶瓷颗粒和合金粉的混合物烧结成条状块，将条状块拼接成网状结构或者网状立体骨架结构，采用砂型或消失模铸造熔炼基材金属材料，将其浇注入型腔中，室温冷却凝固得到所需复合材料。该工艺存在以下缺陷：对于球面或其他不规则形状的耐磨面，条状块难以实现；条状块不利于大中型耐磨件制备；浇铸后条状块粘结处无金属材料，留有缝隙，存在使用隐患。中国发明专利（ZL92104706）采用的工艺步骤是将制备好的消失模放入铸型中，这样在消失模和铸型间就形成空隙。将空隙填满硬质颗粒，合箱抽真空浇注，从而在表面形成含硬质颗粒的耐磨材料。该方法工艺复杂，不能很好的将消失模负压铸造工艺的优点利用起来，生产效率低，且复合层厚度低。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种成型效率高、强度高、低成本、工艺简单的蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型方法及成型模具。
技术方案：本发明所述的一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型方法，包括如下步骤：
（1）将粒径为8-30目的陶瓷颗粒进行表面金属化预处理；
（2）将步骤（1）预处理的陶瓷颗粒与粘结剂按一定比例混合均匀得混合物，其中，粘结剂的加入量是陶瓷质量的1%-6% ；
（3）在步骤（2）中的混合物中加入一定比例陶瓷粉末并均匀混合，得颗粒混合物，其中，陶瓷粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的1%-8% ；
（4）在泡沫陶瓷舟底面放置一层石墨纸，将泡沫圆柱按蜂窝状形式排列并粘结在石墨纸上，泡沫陶瓷舟左右两端用木板压紧固定，将步骤（3）的颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟，紧实后放入干燥箱中50℃-200℃干燥24-72小时，干燥出箱后脱模后得蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体。
进一步的，所述陶瓷颗粒的表面金属化预处理是在陶瓷颗粒表面包覆铁基、镍基、钴基低熔点合金材料。
进一步的，所述陶瓷颗粒的硬度为1800-2100HV。
进一步的，所述陶瓷颗粒为氧化铝、氧化锆、碳化硅、碳化钛、氮化钛中的一种或任意几种的结合。
进一步的，所述粘结剂为硅溶胶、水玻璃、铝溶胶、碳酸钠、聚乙烯醇、酚醛树脂中的一种或任意几种的结合。
进一步的，所述陶瓷粉末为碳化硼、碳化硅、氧化钇中的一种或任意几种的结合。
进一步的，所述泡沫陶瓷舟和泡沫圆柱的材料为聚苯乙烯。
进一步的，所述蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体为平面或曲面。
本发明还公开了一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型模具，其包括泡沫陶瓷舟、石墨纸、泡沫圆柱、木板，所述泡沫陶瓷舟上放置一层石墨纸，所述泡沫圆柱按蜂窝状形式排列并粘结在所述石墨纸上，所述泡沫陶瓷舟左右两端用均用木板压紧固定。
进一步的，所述的石墨纸的厚度为0.2-0.5mm。
有益效果：本发明的有益效果如下：
（1）本发明制备的预制体为常压成型，无需压机压制和烧结过程，可大大节约模具、烧结等费用；
（2）本发明制备的预制体采用消失模成型工艺，工艺流程简单，木模和泡沫陶瓷舟可重复利用，降低生产成本；
（3）金属化的陶瓷颗粒与金属基体材料润湿性好，结合更牢固，磨损过程中颗粒不易脱落；
（4）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；
（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
图1为本发明预制体成型模具的立体结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明预制体成型模具的主视图；
图4为图3的A-A结构剖视图；
图5为本发明泡沫陶瓷舟的立体结构示意图；
图6为图5的俯视图；
图7为本发明泡沫陶瓷舟的主视图；
图8为图7的A-A结构剖视图；
图9为本发明蜂窝状金属陶瓷复合预制体的立体结构示意图；
图10为本发明蜂窝状金属陶瓷复合预制体的主视图；
图11为图10的A-A结构剖视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本发明的一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体，其是通过成型模具进行加工制造而成。成型模具的结构如图1到图4所示，包括泡沫陶瓷舟1、石墨纸2、泡沫圆柱3、木板4，所述泡沫陶瓷舟1（结构如图5到图8所示）上放置一层石墨纸2，石墨纸2的厚度为0.2-0.5mm，所述泡沫圆柱3按蜂窝状形式排列并粘结在所述石墨纸2上，所述泡沫陶瓷舟1左右两端用均用木板4压紧固定，最终制成的蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体结构如图9到图11所示。
本发明的一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型方法具体实施方式如下：
实施例1
（1）将粒径为8-30目的氧化锆颗粒表面包覆镍基合金材料；
（2）将预处理的氧化锆颗粒与聚乙烯醇按一定比例混合均匀得混合物，其中，聚乙烯醇的加入量是陶瓷质量的1%；
（3）在上述混合物中加入一定比例碳化硼并均匀混合，得颗粒混合物，其中，碳化硼的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的1% ；
（4）在泡沫陶瓷舟1底面放置一层0.2-0.5mm 的石墨纸2，将泡沫圆柱3按蜂窝状形式排列并粘结在石墨纸上2，泡沫陶瓷舟1（聚苯乙烯材料制成）左右两端用木板4压紧固定，将颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟1，紧实后放入干燥箱中50℃干燥24小时，干燥出箱后脱模后得蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体。
本实施例中得到的蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体陶瓷颗粒硬度为1800-2100HV，厚度为10mm，所述的蜂窝状预制体为曲面。
实施例2
（1）将粒径为8-30目的氧化铝颗粒表面包覆镍基合金材料；
（2）将预处理的氧化铝颗粒与硅溶胶按一定比例混合均匀得混合物，其中，硅溶胶的加入量是陶瓷质量的2% ；
（3）在上述混合物中加入一定比例碳化硅并均匀混合，得颗粒混合物，其中，碳化硅的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的3% ；
（4）在泡沫陶瓷舟1底面放置一层0.2-0.5mm 的石墨纸2，将泡沫圆柱3按蜂窝状形式排列并粘结在石墨纸上2，泡沫陶瓷舟1左右两端用木板4压紧固定，将颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟1，紧实后放入干燥箱中100℃干燥36小时，干燥出箱后脱模后得蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体。
本实施例中得到的蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体陶瓷颗粒硬度为1800-2100HV，厚度为30mm，所述的蜂窝状预制体为曲面。
实施例3
（1）将粒径为8-30目的碳化硅颗粒表面包覆铁基合金材料；
（2）将预处理的碳化硅颗粒与水玻璃按一定比例混合均匀得混合物，其中，水玻璃的加入量是陶瓷质量的4% ；
（3）在上述混合物中加入一定比例氧化钇并均匀混合，得颗粒混合物，其中，氧化钇的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的5% ；
（4）在泡沫陶瓷舟1底面放置一层0.2-0.5mm 的石墨纸2，将泡沫圆柱3按蜂窝状形式排列并粘结在石墨纸上2，泡沫陶瓷舟1左右两端用木板4压紧固定，将颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟1，紧实后放入干燥箱中150℃干燥48小时，干燥出箱后脱模后得蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体。
本实施例中得到的蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体陶瓷颗粒硬度为1800-2100HV，厚度为40mm，所述的蜂窝状预制体为平面。
实施例4
（1）将粒径为8-30目的氧化锆颗粒表面包覆钴基合金材料；
（2）将预处理的陶瓷颗粒与水玻璃按一定比例混合均匀得混合物，其中，粘结剂的加入量是陶瓷质量的6% ；
（3）在上述混合物中加入一定比例碳化硼并均匀混合，得颗粒混合物，其中，碳化硼的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的8% ；
（4）在泡沫陶瓷舟1底面放置一层0.2-0.5mm 的石墨纸2，将泡沫圆柱3按蜂窝状形式排列并粘结在石墨纸上2，泡沫陶瓷舟1左右两端用木板4压紧固定，将颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟1，紧实后放入干燥箱中200℃干燥72小时，干燥出箱后脱模后得蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体。
本实施例中得到的蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体陶瓷颗粒硬度为1800-2100HV，厚度为60mm，所述的蜂窝状预制体为平面；本发明制备的预制体为常压成型，无需压机压制和烧结过程，可大大节约模具、烧结等费用；本发明制备的预制体采用消失模成型工艺，工艺流程简单，木模和泡沫陶瓷舟可重复利用，降低生产成本；金属化的陶瓷颗粒与金属基体材料润湿性好，结合更牢固，磨损过程中颗粒不易脱落；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；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。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将粒径为8-30目的陶瓷颗粒进行表面金属化预处理；
（2）将步骤（1）预处理的陶瓷颗粒与粘结剂按一定比例混合均匀得混合物，其中，粘结剂的加入量是陶瓷质量的1%-6% ；
（3）在步骤（2）中的混合物中加入一定比例陶瓷粉末并均匀混合，得颗粒混合物，其中，陶瓷粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的1%-8% ；
（4）在泡沫陶瓷舟底面放置一层石墨纸，将泡沫圆柱按蜂窝状形式排列并粘结在石墨纸上，泡沫陶瓷舟左右两端用木板压紧固定，将步骤（3）的颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟，紧实后放入干燥箱中50℃-200℃干燥24-72小时，干燥出箱后脱模后得蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体。
2.根据权利要求1所述的一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型方法，其特征在于：所述陶瓷颗粒的表面金属化预处理是在陶瓷颗粒表面包覆铁基、镍基、钴基低熔点合金材料。
3.根据权利要求1所述的一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型方法，其特征在于：所述陶瓷颗粒的硬度为1800-2100HV。
4.根据权利要求1所述的一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型方法，其特征在于：所述陶瓷颗粒为氧化铝、氧化锆、碳化硅、碳化钛、氮化钛中的一种或任意几种的结合。
5.根据权利要求1所述的一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型方法，其特征在于：所述粘结剂为硅溶胶、水玻璃、铝溶胶、碳酸钠、聚乙烯醇、酚醛树脂中的一种或任意几种的结合。
6.根据权利要求1所述的一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型方法，其特征在于：所述陶瓷粉末为碳化硼、碳化硅、氧化钇中的一种或任意几种的结合。
7.根据权利要求1所述的一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型方法，其特征在于：所述泡沫陶瓷舟和泡沫圆柱的材料为聚苯乙烯。
8.根据权利要求1所述的一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型方法，其特征在于：所述蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体为平面或曲面。
9.一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型模具，其特征在于：包括泡沫陶瓷舟（1）、石墨纸（2）、泡沫圆柱（3）、木板（4），所述泡沫陶瓷舟（1）上放置一层石墨纸（2），所述泡沫圆柱（3）按蜂窝状形式排列并粘结在所述石墨纸（2）上，所述泡沫陶瓷舟（1）左右两端用均用木板（4）压紧固定。
10.根据权利要求9所述的一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型模具，其特征在于：所述的石墨纸（2）的厚度为0.2-0.5mm。
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