CN114381645A - 一种耐高温、耐磨型复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温、耐磨型复合材料，原料配比如下：铝粉30％、镁粉15％、铜粉15％、钢粉30％、钛粉3％、钒粉0.7％、锰粉2％、钨粉1.3％、钼粉2％和铌粉1％；本发明专利通过在基础合金中加入有利于细化钢晶粒组织的钒粉、钛粉，通过加入有助于钢生成纹理结构的锰粉，强化了复合材料的硬度、坚固性、强度及耐磨损性，提高金属复合材料的耐磨性能，通过设置铌粉、钼粉、钨粉和钒粉可以形成高温合金钢，利用高温合金钢在高温下的对材料整体硬度的稳定性，使复合材料在高温下的长期工作也能保证材料整体的稳定性及坚固性，保证复合材料制成的翻转犁在使用时不会因为高温下和岩石碰撞出现变形的情况，提高了材料的耐高温性能。

Description

一种耐高温、耐磨型复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体为一种耐高温、耐磨型复合材料及其制备方法。

背景技术

复合材料是人们运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料。一般定义的复合材料需满足以下条件，复合材料必须是人造的，是人们根据需要设计制造的材料，复合材料必须由两种或两种以上化学、物理性质不同的材料组分，以所设计的形式、比例、分布组合而成，各组分之间有明显的界面存在，它具有结构可设计性，可进行复合结构设计，复合材料不仅保持各组分材料性能的优点，而且通过各组分性能的互补和关联可以获得单一组成材料所不能达到的综合性能。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。

金属复合材料常用于建筑、农业和医疗等领域。

如公开号为(CN103189154B)的发明专利，公开了(纳米基体粉末金属复合材料)，公开号为(CN104325129B)的发明专利，公开了(耐冲击金属复合材料及其制备方法)；

上述两类复合材料虽然都具有一定的硬度，却不具备优异的耐高温和耐磨性能，并不适合适用于农业领域中的翻转犁；

在农业领域中，因为翻转犁需要长期和地面接触，在翻转犁犁地过程中，复合材料长期和地面摩擦会产生热能，目前翻转犁在长期的使用中，随着热量的加大，在犁地过程中，高温的翻转犁若是碰撞到岩石，很容易便会因为撞击发生形变，并且复合材料也会因为摩擦出现缩小的情况，其的耐高温性能和耐磨性能还有待提升。

为此提出一种耐高温、耐磨型复合材料及其制备方法，来解决此问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温、耐磨型复合材料及其制备方法，解决了目前金属复合材料在使用时耐高温性能和耐磨性能不高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种耐高温、耐磨型复合材料，原料配比如下：

铝粉30％、镁粉15％、铜粉15％、钢粉30％、钛粉3％、钒粉0.7％、锰粉2％、钨粉1.3％、钼粉2％和铌粉1％。

优选的，所述铝粉、镁粉、铜粉、钢粉和钛粉为基础合金。

优选的，所述钒粉、钛粉和锰粉为耐磨合金。

优选的，所述铌粉、钼粉、钨粉和钒粉为高温合金钢。

一种耐高温、耐磨型复合材料及其制备方法，包括以下步骤：

步骤1：材料准备：根据比例需要，准备好全部比例的金属元素材料；

步骤2：材料混合：按照比例需求，将准备好的铝粉、镁粉、铜粉、钢粉、钛粉、钒粉、锰粉、钨粉、钼粉和铌粉加入混合装置进行均匀混合，所有材料均匀混合后得到混合材料；

步骤3：材料溶解：将混合材料加入金属加热炉，利用金属高温炉对全部金属材料进行真空加热，并等待混合材料全部融化，待材料全部融化后得到金属溶解液，金属溶解液得到后多金属溶解液进行搅拌，使全部材料融化后进行混合，混合过程中持续对金属溶解液加热；

步骤4：浇筑：将金属溶解通过磨具进行浇筑，浇筑后经过冷却得到翻转犁基础模型复合材料；

步骤5：模型打磨：使用打磨设备对翻转犁的基础模型复合材料进行，打磨后得到成品复合材料。

优选的，所述在步骤1中，材料准备过程中，将全部准备好的材料进行复查，确定所有材料准备是否符合比例要求，发现比例不符要立即进行修改，全部材料经复查后，对材料进行密封保存，避免灰尘或其他外界因素进入材料内造成材料受污染。

优选的，所述在步骤2中，材料混合可以全部一起加入混合装置进行混合，也可以先放入一种材料，然后依次添加剩余材料进行混合，材料混合过程中必须保证材料完全混合，不能够出现混合不均的情况，混合时长必须要在30min以上。

优选的，所述在步骤3中，全部材料放入金属加热炉后，通过真空设备对加热炉内部的空气进行抽气，使加热炉内部处于真空状态，在材料融化过程中，必须在全部材料完全溶解后才能对金属溶解液进行搅拌。

优选的，所述在步骤4中，浇筑过程中，浇筑人员必须做好防护，避免金属溶解液迸溅到人员身上给人员造成伤害。

优选的，所述在步骤5中，打磨过程中，人员要做好安全防护，翻转犁和地面接触位置打磨厚度要均匀。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明专利通过在基础合金中加入有利于细化钢晶粒组织的钒粉、钛粉，通过加入有助于钢生成纹理结构的锰粉，可以加强复合材料的硬度，增加复合材料的坚固性、强度及耐磨损性，从而提高金属复合材料的耐磨性能；

本发明专利通过设置铌粉、钼粉、钨粉和钒粉使它们可以形成高温合金钢，从而利用高温合金钢在高温下的对材料整体硬度的稳定性，使复合材料在高温下的长期工作也能保证材料整体的稳定性及坚固性，进而保证复合材料制成的翻转犁在使用时不会因为高温下和岩石碰撞出现变形的情况，进而提高了复合材料的耐高温性能。

具体实施方式

下面将通过实施例的方式对本发明作更详细的描述，这些实施例仅是举例说明性的而没有任何对本发明范围的限制。

在本发明的一个方面，本发明提供一种技术方案：一种耐高温、耐磨型复合材料，原料配比如下：

铝粉30％、镁粉15％、铜粉15％、钢粉30％、钛粉3％、钒粉0.7％、锰粉2％、钨粉1.3％、钼粉2％和铌粉1％。

根据本发明的实施例，所述铝粉、镁粉、铜粉、钢粉和钛粉为基础合金，根据本发明的实施例，基础合金由铝粉、镁粉、铜粉钢粉和钛粉等基础元素组成，可以满足翻转犁对复合材料的常规需求，具有一定的硬度，且能够满足翻转犁对犁地的需求。

铝是一种金属元素，元素符号为Al，原子序数为13。其单质是一种银白色轻金属，在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜，从而提高复合金属材料的耐腐蚀性能；

镁是一种金属元素，元素符号是Mg，纯镁的强度小，镁合金是良好的轻型结构材料，从而可以减轻复合材料的重量；

钛是一种金属化学元素，化学符号Ti，钛重量轻、强度高、具金属光泽，耐湿氯气腐蚀，作为基础合金，可以二次加强复合材料的强度、耐腐蚀性能和二次降低复合材料的重量；

根据本发明的实施例，所述钒粉、钛粉和锰粉为耐磨合金，根据本发明的实施例，钒粉、钛粉和锰粉能够细化钢晶粒组织，从而在基础合金的基础上，再次对基础合金的硬度进行增强，钒粉、钛粉和锰粉加入基础合金后能够对基础合金的二次强化，使其硬度在基础合金原基础上上升2-3倍。

钒的金属元素符号为V，钒为银灰色金属，在元素周期表中属VB族，原子序数23，原子量50.9414，体心立方晶体，常见化合价为+5、+4、+3、+2。钒的熔点很高，为难熔金属，有延展性，质坚硬，无磁性，具有耐盐酸和硫酸的本领，并且在耐气、耐盐、耐水腐蚀的性能要比大多数不锈钢好，因此作为复合材料的使用，极大程度的可以提高了材料的耐磨性能；

锰的化学元素为Mn，原子序数25，单质是一种灰白色、硬脆、有光泽的过渡金属，锰是很重要的合金化元素和弱碳化物形成元素，因而大部分溶于铁素体中，过剩的锰生成Mn3C，它与Fe3C互相溶解，形成(Fe、Mn)3C型碳化物，锰通过多种机制，能够有效的提高钢的强度，从而再次增强材料的耐磨性；

根据本发明的实施例，所述铌粉、钼粉、钨粉和钒粉为高温合金钢，根据本发明的实施例，铌粉、钼粉、钨粉和钒粉进行融合后能够在成品材料的表面生成氧化膜，氧化膜可以起到防腐蚀的作用，并且它们混合后进行冷却会得到高温合金钢，此类材料能够在1200℃左右的温度下还能保持材料原有硬度的稳定性，从而可以极大的满足翻转犁在高温下使用的需求。

铌的化学符号为Nb，原子序数为41，是一种过渡金属元素，铌的固溶强化作用很明显，能够提高钢的淬透性(溶于奥氏体时)，增加回火稳定性，有二次硬化作用，提高钢的强度、冲击韧性，当含量高时(大于碳含量的8倍)，使钢具有良好的抗氢性能，并提高热强钢的耐高温性能；

钼化学符号Mo，原子序数为42，是一种过渡金属元素，钼的熔点为2620℃，由于原子间结合力极强，所以在常温和高温下强度都很高，它的膨胀系数小，导热性能好，因此作为该复合材料使用，高温环境下该复合的冷却速度能够显著加快，并且高温下材料的硬度也及其的稳定；

钨是一种金属元素，元素符号是W，单质为银白色有光泽的金属，钨是稀有高熔点金属，可提高钢的高温硬度，常温下不受空气侵蚀，化学性质比较稳定，主要用来制造灯丝和高速切削合金钢、超硬模具，也用于光学仪器，化学仪器，因此钨使用于该复合材料中，能够极大的提高复合材料的耐高温性能；

在基础合金中由铌粉、钼粉、钨粉和钒粉的加入能形成各种碳化物或金属间化合物的元素，以使钢基体强化，由若干过渡金属与碳原子生成的碳化物属于间隙化合物，在金属键的基础上，又增加了共价键的成分，因此硬度极大，熔点极高，因此将铌粉、钼粉、钨粉和钒粉作为高温合金钢将极大的提高复合材料的耐高温性能，并使其能在高温环境中保持有益的硬度稳定。

制备的方法

在本发明的第二方面，本发明提供一种制备前面所描述的复合材料的方法，该方法包括：首先材料准备：根据比例需要，准备好全部比例的金属元素材料，然后材料混合，按照比例需求，将准备好的铝粉、镁粉、铜粉、钢粉、钛粉、钒粉、锰粉、钨粉、钼粉和铌粉加入混合装置进行均匀混合，所有材料均匀混合后得到混合材料，之后材料溶解，将混合材料加入金属加热炉，利用金属高温炉对全部金属材料进行真空加热，并等待混合材料全部融化，待材料全部融化后得到金属溶解液，金属溶解液得到后多金属溶解液进行搅拌，使全部材料融化后进行混合，混合过程中持续对金属溶解液加热，随后浇筑，将金属溶解通过磨具进行浇筑，浇筑后经过冷却得到翻转犁基础模型复合材料，最后模型打磨，使用打磨设备对翻转犁的基础模型复合材料进行，打磨后得到成品复合材料。先准备材料，是为了方便后续操作人员对各种材料进行添加；对材料进行混合是为了满足多种材料在融化时混合的一致性，从而让避免出现融化后多种材料所分布不均的情况；对材料进行溶解是为了方便后续材料的塑型以及保证所有材料都能够均匀的分布；而浇筑是为了对材料进行塑型；模型打磨则是为了将模型制成成品投入市场使用，由此通过在基础合金中加入有利于细化钢晶粒组织的钒粉、钛粉，通过加入有助于钢生成纹理结构的锰粉，可以加强复合材料的硬度，增加复合材料的坚固性、强度及耐磨损性，从而提高金属复合材料的耐磨性能；

本发明专利通过设置铌粉、钼粉、钨粉和钒粉使它们可以形成高温合金钢，从而利用高温合金钢在高温下的对材料整体硬度的稳定性，使复合材料在高温下的长期工作也能保证材料整体的稳定性及坚固性，进而保证复合材料制成的翻转犁在使用时不会因为高温下和岩石碰撞出现变形的情况，进而提高了复合材料的耐高温性能。

根据本发明的实施例，材料准备过程中，将全部准备好的材料进行复查，确定所有材料准备是否符合比例要求，发现比例不符要立即进行修改，全部材料经复查后，对材料进行密封保存，避免灰尘或其他外界因素进入材料内造成材料受污染。根据本发明的实施例，对材料进行复查保证全部材料准备后不会出现误差，从而避免出现制备后的材料出现不符合要求情况，而对材料进行密封保存，则是为了保证材料纯度，不会因为污染，出现内部成分出现不均匀的情况。

根据本发明的实施例，材料混合可以全部一起加入混合装置进行混合，也可以先放入一种材料，然后依次添加剩余材料进行混合，材料混合过程中必须保证材料完全混合，不能够出现混合不均的情况，混合时长必须要在30min以上。根据本发明的实施例，混合时长必须在30min以上，30min的时间可以保存材料可以均的混合到一起，经原粉混合再经金属液混合可以保证材料百分百均匀混合。

根据本发明的实施例，全部材料放入金属加热炉后，通过真空设备对加热炉内部的空气进行抽气，使加热炉内部处于真空状态，在材料融化过程中，必须在全部材料完全溶解后才能对金属溶解液进行搅拌，根据本发明的实施例，对加热炉进行抽气是为了避免氧气存在加热炉会导致加热炉内部压力增加过大，从而出现爆炸的情况，在材料融化后进行混合是为了避免为融化的材料会随着搅拌气体出现飘荡的情况。

根据本发明的实施例，浇筑过程中，浇筑人员必须做好防护，避免金属溶解液迸溅到人员身上给人员造成伤害。根据本发明的实施例，在浇筑过程中保证人员安全是最至关重要的一点，浇筑过程中还必须要按规定浇筑操作进行，不能出现误操作情况。

根据本发明的实施例，打磨过程中，人员要做好安全防护，翻转犁和地面接触位置打磨厚度要均匀。根据本发明的实施例，将翻转犁和地面接触位置的厚度打磨均匀一致，可以保证翻转犁在使用时整体的稳定性，使得翻转犁使用过程中的磨损性一致，从而保证翻转犁整体结构的相同使用寿命。

Claims (10)

1.一种耐高温、耐磨型复合材料，其特征在于：原料配比如下：

铝粉30％、镁粉15％、铜粉15％、钢粉30％、钛粉3％、钒粉0.7％、锰粉2％、钨粉1.3％、钼粉2％和铌粉1％。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温、耐磨型复合材料，其特征在于：所述铝粉、镁粉、铜粉、钢粉和钛粉为基础合金。

3.根据权利要求1所述的一种耐高温、耐磨型复合材料，其特征在于：所述钒粉、钛粉和锰粉为耐磨合金。

4.根据权利要求1所述的一种耐高温、耐磨型复合材料，其特征在于：所述铌粉、钼粉、钨粉和钒粉为高温合金钢。

5.一种耐高温、耐磨型复合材料及其制备方法制备，根据权利要求1～5任一项，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：材料准备：根据比例需要，准备好全部比例的金属元素材料；

步骤2：材料混合：按照比例需求，将准备好的铝粉、镁粉、铜粉、钢粉、钛粉、钒粉、锰粉、钨粉、钼粉和铌粉加入混合装置进行均匀混合，所有材料均匀混合后得到混合材料；

步骤3：材料溶解：将混合材料加入金属加热炉，利用金属高温炉对全部金属材料进行真空加热，并等待混合材料全部融化，待材料全部融化后得到金属溶解液，金属溶解液得到后多金属溶解液进行搅拌，使全部材料融化后进行混合，混合过程中持续对金属溶解液加热；

步骤4：浇筑：将金属溶解通过磨具进行浇筑，浇筑后经过冷却得到翻转犁基础模型复合材料；

步骤5：模型打磨：使用打磨设备对翻转犁的基础模型复合材料进行，打磨后得到成品复合材料。

6.根据权利要求5所述的一种耐高温、耐磨型复合材料及其制备方法，其特征在于：所述在步骤1中，材料准备过程中，将全部准备好的材料进行复查，确定所有材料准备是否符合比例要求，发现比例不符要立即进行修改，全部材料经复查后，对材料进行密封保存，避免灰尘或其他外界因素进入材料内造成材料受污染。

7.根据权利要求5所述的一种耐高温、耐磨型复合材料及其制备方法，其特征在于：所述在步骤2中，材料混合可以全部一起加入混合装置进行混合，也可以先放入一种材料，然后依次添加剩余材料进行混合，材料混合过程中必须保证材料完全混合，不能够出现混合不均的情况，混合时长必须要在30min以上。

8.根据权利要求5所述的一种耐高温、耐磨型复合材料及其制备方法，其特征在于：所述在步骤3中，全部材料放入金属加热炉后，通过真空设备对加热炉内部的空气进行抽气，使加热炉内部处于真空状态，在材料融化过程中，必须在全部材料完全溶解后才能对金属溶解液进行搅拌。

9.根据权利要求5所述的一种耐高温、耐磨型复合材料及其制备方法，其特征在于：所述在步骤4中，浇筑过程中，浇筑人员必须做好防护，避免金属溶解液迸溅到人员身上给人员造成伤害。

10.根据权利要求5所述的一种耐高温、耐磨型复合材料及其制备方法，其特征在于：所述在步骤5中，打磨过程中，人员要做好安全防护，翻转犁和地面接触位置打磨厚度要均匀。