CN111730042A

CN111730042A - 基于shs技术的陶瓷颗粒增强钢基复合材料的制备方法

Info

Publication number: CN111730042A
Application number: CN202010623350.9A
Authority: CN
Inventors: 吕新起
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-07-01
Filing date: 2020-07-01
Publication date: 2020-10-02

Abstract

本发明提供了基于SHS技术的陶瓷颗粒增强钢基复合材料的制备方法，把经过超声波清洗的陶瓷颗粒与反应粉末、铁粉用镁铝胶结合，压制成多孔预制体，再把预制体放入铸型中，浇铸成铸件，热处理后得金属陶瓷复合材料。突出特点是铝热反应产生的活性金属使陶瓷颗粒与金属界面形成冶金结合，工艺简单，成本低廉。

Description

基于SHS技术的陶瓷颗粒增强钢基复合材料的制备方法

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体为基于SHS技术的陶瓷颗粒增强钢基复合材料的制备方法。

背景技术

据不完全统计，全世界每年因磨损和腐蚀造成的经济损失高达数千亿美元，1/3～1/2的能源消耗于摩擦、磨损、腐蚀中。我国由于工业水平的落后，由这种破坏方式造成的损失更大。材料的磨损、腐蚀等失效现象都发生在表面，很多情况下，磨损与腐蚀是相伴发生的。故开发高性能抗磨耐蚀产品对提高企业生产效率及促进国民经济增长意义深远。高锰钢、Cr系抗磨铸铁、合金钢等传统的单一钢铁耐磨材料耐磨性与强韧性互相制约无法完全满足当前的工业应用需求，近年来，颗粒增强铁基耐磨复合材料凭借其优异的耐磨、耐蚀性，良好的强韧匹配和高性价比，成为用于生产耐磨产品的理想材料。根据界面润湿理论，固液两相接触时，参与反应的元素先在界面富集吸附，当吸附量超过了元素所在界面的临界浓度时，界面反应发生，反应产物在固/ 液界面上形核析出。但是，现有大部分陶瓷颗粒中的元素在钢铁熔体的界面处不易富集，是造成润湿性不足的因素之一，从而导致二者间的结合强度不好,现在大多采取活化粉末与陶瓷颗粒混合烧结成预制体或者陶瓷颗粒镀镍镀铜，活化粉末多是较为贵重的金属，尤其是粉末价格昂贵，且需要烧结，耗费能源较多；镀镍成本较高，且复合材料中陶瓷界面结合不牢。

CN111187939A公开了一种金属基陶瓷颗粒增强复合材料的制备方法，该方法通过将大尺寸陶瓷颗粒与小尺寸金属基粉末进行混合，之后对混合粉末的压块进行烧结，并将烧结产物破碎至所需粒径，放置于浇包底部，再向浇包中浇入金属基熔液，搅拌条件下制备半固态浆料，采用半固态浇铸工艺生产复合材料，使得陶瓷颗粒与金属基粉末的混合更为均匀，有利于解决陶瓷相与金属基体结合差的问题，缺点是烧结粉碎工序多，成本高。

CN111020360A公开了一种具有反应型界面过渡区的非浸润型陶瓷颗粒增强钢铁基复合材料及其重力铸造制备方法，首先将高活性的微粉与粘结剂混合均匀，然后将混合物通过物理吸附作用包裹在与钢铁润湿性较差的陶瓷颗粒表面，通过重力铸造的方法制备出陶瓷颗粒增强钢铁基复合材料，活性微粉易稀释，陶瓷颗粒不均匀，不易制造较为复杂的部件。

CN109706438B公开了一种表面改性ZTA陶瓷颗粒增强钢铁基复合材料的制备方法，对ZTA颗粒进行敏化和活化处理，然后进行表面施镀，通过控制镀液成分和配比，对ZTA颗粒镀镍、铬使其表面金属化，将镀覆Cr-Ni层的ZTA 颗粒与Ni-Cr合金粉和Al粉置于石墨模具中真空烧结制成蜂窝状结构的预制体，采用铸渗法浇注金属液，冷却后得到增强钢铁基复合材料，工艺复杂，成本高，易造成污染。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案，为此，我们提出基于SHS技术的陶瓷颗粒增强钢基复合材料的制备方法。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供基于SHS技术的陶瓷颗粒增强钢基复合材料的制备方法，解决了背景技术中提到的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于SHS技术的陶瓷颗粒增强钢基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

其步骤1：选用陶瓷颗粒8～10目，加水用超声波清洗，烘干备用；

其步骤2：陶瓷颗粒加水1～3％混合后加入3～6％镁铝胶，7～12分钟后加入 10～25％反应粉末，混合3～5分钟再加入10～20％铁粉混合3～5分钟，200MP制成预制体，150～200℃烘干；

其步骤3：熔炼基体金属液，根据不同工况，选用球墨铸铁、高铬铸铁、耐热钢、铸钢45，高锰钢等；

其步骤4：把陶瓷颗粒预制体固定在铸型中，浇铸基体金属液，铸件热处理后入库。

进一步的，所述陶瓷颗粒为碳化硅、碳化钨、碳化钛、氮化硅、氧化锆、氧化铝、ZTA陶瓷的至少一种它们的粒径均选择为8-10目,质量占比40～70％。

进一步的，所述反应粉末为铝粉与氧化铬、氧化钛、氧化铜、氧化铁、氧化硼中的一种或几种，粒度200～300目，加入无水乙醇球磨混合后烘干；所述铁粉200目。

进一步的，所述基体金属液为球墨铸铁、高铬铸铁、耐热钢、铸钢45，高锰钢中的一种。

进一步的，所述陶瓷颗粒预制件为多孔陶瓷预制件。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了基于SHS技术的陶瓷颗粒增强钢基复合材料的制备方法，具备以下有益效果：

本发明用低成本原料，采用铸造工艺，利用自蔓延(SHS)技术产生的活性金属在陶瓷颗粒与合金熔体界面产生冶金结合，工艺简单，成本低廉，适合工业生产。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实用新形提供一种技术方案：基于SHS技术的陶瓷颗粒增强钢基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

其中，所述陶瓷颗粒为碳化硅、碳化钨、碳化钛、氮化硅、氧化锆、氧化铝、ZTA陶瓷的至少一种它们的粒径均选择为8-10目,质量占比40～70％。

其中，所述反应粉末为铝粉与氧化铬、氧化钛、氧化铜、氧化铁、氧化硼中的一种或几种，粒度200～300目，加入无水乙醇球磨混合后烘干；所述铁粉200目。

其中，所述基体金属液为球墨铸铁、高铬铸铁、耐热钢、铸钢45，高锰钢中的一种。

其中，所述陶瓷颗粒预制件为多孔陶瓷预制件。

工作原理：先选用陶瓷颗粒8～10目，加水用超声波清洗，烘干备用，然后陶瓷颗粒加水1～3％混合后加入3～6％镁铝胶，7～12分钟后加入10～25％反应粉末，混合3～5分钟再加入10～20％铁粉混合3～5分钟，200MP制成预制体， 150～200℃烘干，其中熔炼基体金属液，根据不同工况，选用球墨铸铁、高铬铸铁、耐热钢、铸钢45，高锰钢等，最后把陶瓷颗粒预制体固定在铸型中，浇铸基体金属液，铸件热处理后入库。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.基于SHS技术的陶瓷颗粒增强钢基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

其步骤1：选用陶瓷颗粒8~10目，加水用超声波清洗，烘干备用；

其步骤2：陶瓷颗粒加水1~3%混合后加入3~6%镁铝胶，7~12分钟后加入10~25%反应粉末，混合3~5分钟再加入10~20%铁粉混合3~5分钟，200MP制成预制体，150~200℃烘干；

2.根据权利要求1所述的基于SHS技术的陶瓷颗粒增强钢基复合材料的制备方法，其特征在于：所述陶瓷颗粒为碳化硅、碳化钨、碳化钛、氮化硅、氧化锆、氧化铝、ZTA陶瓷的至少一种它们的粒径均选择为 8-10目,质量占比40~70%。

3.根据权利要求3所述的基于SHS技术的陶瓷颗粒增强钢基复合材料的制备方法，其特征在于：所述反应粉末为铝粉与氧化铬、氧化钛、氧化铜、氧化铁、氧化硼中的一种或几种，粒度200~300目，加入无水乙醇球磨混合后烘干；所述铁粉200目。

4.根据权利要求1所述的基于SHS技术的陶瓷颗粒增强钢基复合材料的制备方法，其特征在于：所述基体金属液为球墨铸铁、高铬铸铁、耐热钢、铸钢45，高锰钢中的一种。

5.根据权利要求1所述的基于SHS技术的陶瓷颗粒增强钢基复合材料的制备方法，其特征在于：所述陶瓷颗粒预制件为多孔陶瓷预制件。