氧化物陶瓷铁基耐磨复合材料生产工艺研究.docxVIP

氧化物陶瓷铁基耐磨复合材料生产工艺研 摘 要 述氧化物陶瓷/铁基耐磨复合材料的发展现状，对 目前国内外氧化物陶瓷/铁基耐磨复合材料的制备方法进行 分析，氧化物陶瓷/铁基耐磨复合材料的研究方向应集中在 界面问题、陶瓷与金属内部的复合结构形式、制备工艺综述 氧化物陶瓷铁基耐磨复合材料的发展现状，对目前国内氧化 物陶瓷铁基耐磨复合材料的制备方法进行描述及改进制备 工艺进行研究。 关键词氧化物；陶瓷；铁基；复合材料；润湿性 中图分类号TF12文献标识码A文章编号1674-6708 (2014) 123-0135-02 0引言 氧化物陶瓷/铁基耐磨复合材料，氧化物陶瓷的特性有 机械强度高、耐磨性能好、耐腐蚀性好、热稳定性好，缺点 是易碎裂、不易加工、骤冷骤热性能不良。金属合金材料加 工性能好、韧性好，但耐磨性能不良。如何把陶瓷的优良特 性与金属合金材料优良特性结合起来，扬长避短，国内外都 做了大量的研究与实践。因此，具有陶瓷的优良特性及耐磨 性能，又具有金属材料的优良特性的耐磨复合材料被广泛应 用于各种耐磨领域。这就需要把陶瓷与金属复合到一起，但 现有的生产制作工艺复杂，对工艺装备要求高，生产成本居 高不下，很难被多数生产企业采用，因此，我们要研究一种 生产工艺来降低生产成本，能让多数普通企业能用上高硬 度、高强度、高耐磨性、高韧性的复合材料。 1背景 磨损是零部件失效的一种基本类型，普遍存在于冶金、 矿山、电力、机械、国防、军工、航空航天等许多工业部门, 这造成了材料的极大浪费和能源的巨大消耗。据不完全统 计，目前国内每年消耗金属耐磨材料高达600万吨以上。以 上数据可知，提高机械设备及零部件的耐磨损性能，可以大 大减少能源消耗，提高生产效率。众所周知，陶瓷具有很高 的耐磨损性能，而金属具有良好的韧性。这些性能很难在同 一材料中协调一致，为了解决这一矛盾，使用氧化物陶瓷铁 基耐磨复合材料是较好的选择。 2现行生产工艺 现行生产工艺有几大类：1）将制备好的氧化物陶瓷颗 粒与自熔性金属合金粉末混合后（按一定比例）用油压机或 等静压压制成工艺所需的形状，用高于自熔性金属合金熔点 的温度下，进行烧结；2）将制备好的氧化物陶瓷颗粒与自 熔性金属合金粉末混合烧结，是利用自熔性金属合金与氧元 素结合能力的差异，将金属从其氧化物中置换出来，形成氧 化物陶瓷/铁基耐磨复合材料；3）将自熔性金属合金熔液熔 渗到陶瓷预制体多孔之中。上述方法只能生产小型复合材料 块，无法将复合材料复合到需要耐磨的部位，运用到矿山机 械、粉碎设备上难度很大。此工艺经济性稍差。 3研究方向 氧化物陶瓷铁合金复合材料性能优良，但与大型结构件 复合复合困难，制备过程比较复杂。虽然，现有工艺解决了 一些问题，在制作单个氧化物陶瓷铁合金复合材料上等研究 取得了一定的进展，在实际应用领域但仍未开发出适合实际 的产品。因此，需要研究开发出适合的新型制备工艺。我们 主要研究方向是如何将复合材料复合到需要耐磨的部位，运 用到矿山机械、粉碎设备上，重点在能降低成本、实现大规 模生产进行研究探讨。 4实施方法 1）合金耐磨预制件制成工艺：将氧化物陶瓷颗粒与自 熔性合金粉末按比例用机械进行充分混合，依据用户产品结 构不同设计不同的模具，在油压机下将合金耐磨预制件压制 制成特定形状，如柱状、条状、块状、蜂窝状等；2）冶金 工艺：将耐磨预制件置于用泡沫、塑料等高分子有机材料制 作的实体模具内用真空冶金铸造工艺进行复合铸造。利用金 属母液的温度将合金耐磨预制件烧制成型并与合金耐磨预 制件形成冶金结合面。该工艺设备投资小、工艺简单、金属 母体与耐磨预制件冶金结合面良好。 5工艺过程 1） 将粒径为8目的氧化物陶瓷颗粒10%、粒径为30目 的氧化物陶瓷颗粒39%、粒径为60目的氧化错陶瓷颗粒48% 与自熔性铁基合金粉末7%,使用水溶性树脂4%机械混合均 匀得混合物，放入油压机中用模具压制成型然后放入80° C 的烘箱中烘干得到耐磨预制件； 2） 将耐磨预制件在800°C的箱式炉中进行排胶； 3） 将排胶后的耐磨预制件涂抹硬钎剂； 4） 将涂抹硬钎剂的耐磨预制件置于用泡沫、塑料等高 分子有机材料制作成为与要生产铸造的零件结构、尺寸完全 一样的实体模具内； 5） 实体模具经过浸涂强化涂料并烘干后，装入真空造 型砂箱中排列好做好浇铸口，然后用干石英砂埋好，经三维 振动台振动埋实； 6） 用中频感应炼钢炉将耐磨基础件金属母体常用耐磨 件的高猛钢、合金钢、高碳鎔铁熔化成金属液，用浇包将合 金钢水浇铸到真空造型砂箱上的浇铸口中，真空造型砂箱在 0. 5Pa的负压状态下浇入熔化的合金金属液，使高分子有机 材料实体模型受热气化被抽出，被液体合金金属取代冷却凝 固后成型，同时利用合金金属母液的温度将耐磨预制件烧制 成型并与耐