陶瓷颗粒增强铁基复合材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种陶瓷颗粒增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于包括：(1)将粒度为1mm～7mm的金属陶瓷颗粒放置在铸型内；(2)向铸型内浇注钢液或铸铁液，静态凝固冷却，制备得到陶瓷颗粒增强铁基复合材料，其工作表面陶瓷颗粒面积百分数为15％～45％，陶瓷颗粒硬度≥66HRC，含有陶瓷颗粒的复合层厚度为1mm～15mm。所制得的复合材料的耐磨性是其基体材料的5倍以上，本发明适于制备较厚大的耐磨损复合铸件。

权利要求

1.一种陶瓷颗粒增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将粒度为1mm～7mm的金属陶瓷颗粒放置在铸型内；所述金属陶瓷为WC-Co，其中Co的体积百分数为5％～12％；所述铸型是砂型或金属型；

(2)向铸型内浇注钢液或铸铁液，静态凝固冷却，制备得到陶瓷颗粒增强铁基复合材料，其工作表面陶瓷颗粒面积百分数为15％～45％，陶瓷颗粒硬度≥66HRC，含有陶瓷颗粒的复合层厚度为1mm～15mm。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述钢液是指含C质量百分数0.2％～

2.1％的碳钢液或含Cr质量百分数12％～33％的耐热钢液或含Mn质量百分数6％～30％的锰钢液或含Cr质量百分数0.5％～6％的铬合金钢液；所述铸铁液是球墨铸铁液或灰铸铁液或蠕墨铸铁液或含Cr质量百分数10％～30％的高铬铸铁液。

3.权利要求1～2之一所述方法制备得到的陶瓷颗粒增强铁基复合材料。

说明书

陶瓷颗粒增强铁基复合材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及耐磨损金属基复合材料，具体是陶瓷颗粒增强铁基复合材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 目前在冶金、电力、建材、建筑、化工、机械等工业的摩擦磨损和磨料磨损工况，用以替代耐磨铸铁和耐磨钢(硬度50HRC～65HRC)的耐磨材料大多数为铸渗法制备的陶瓷(WC、Al2O3、Cr2O3、SiC等)颗粒增强铁基复合材料(硬度≥60HRC)。铸渗法制备复合材料，工艺比较简单，生产上易操作实施。铸渗法制备的复合材料存在缺点是所用陶瓷(WC或Al2O3或Cr2O3或SiC)颗粒细小(≤1mm)，在制备复合材料过程中需先用水玻璃或树脂等粘结剂将陶瓷颗粒粘连成块状或膏状，再放入铸型型腔内浇注钢铁液，结果是粘结剂以异类杂质的形式残留在复合材料内，降低了复合材料的致密性和耐磨损性能。同时因粘结剂对钢铁液流动铸渗的阻抑作用使得制备出的复合材料含有陶瓷颗粒的复合层厚度低于10mm，降低了较厚大铸件的耐磨损寿命，不宜用此方法制备较厚大的耐磨件。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种无粘结剂残留杂质，陶瓷复合层更厚大，耐磨损性能良好的陶瓷颗粒增强铁基复合材料的制备方法，克服现有技术存在的降低了复合材料的致密性、耐磨损性能以及不宜制备较厚大的耐磨件的缺陷。

[0004] 本发明的目的还在于提供所述方法制备的陶瓷颗粒增强铁基复合材料。

[0005] 本发明的陶瓷颗粒增强铁基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

[0006] (1)将粒度为1mm～7mm的金属陶瓷颗粒放置在铸型内；

[0007] (2)向铸型内浇注钢液或铸铁液，静态凝固冷却，制备得到陶瓷颗粒增强铁基复合材料，其工作表面陶瓷颗粒面积百分数为15％～45％，陶瓷颗粒硬度≥66HRC，含有陶瓷颗粒的复合层厚度为1mm～15mm。

[0008] 所述金属陶瓷为WC-Co，其中Co的体积百分数为5％～12％；所述铸型是砂型或金属型。

[0009] 所述钢液是指含C质量百分数0.2％～2.1％的碳钢液或含Cr质量百分数12％～33％的耐热钢液或含Mn质量百分数6％～30％的锰钢液或含Cr质量百分数0.5％～6％的铬合金钢液；用上述本发明的方法分别制备得到陶瓷颗粒增强含C质量百分数0.2％～
2.1％的碳钢基复合材料、陶瓷颗粒增强含Cr质量百分数12～33％的耐热钢基复合材料、陶瓷颗粒增强含Mn质量百分数6％～30％的锰钢基复合材料或陶瓷颗粒增强含Cr质量百分数0.5％～6％的铬合金钢基复合材料。

[0010] 所述铸铁液是球墨铸铁液或灰铸铁液或蠕墨铸铁液或含Cr质量百分数10％～30％的高铬铸铁液。用本发明的方法分别制备得到陶瓷颗粒增强含Cr质量百分数10％～
30％的高铬铸铁基复合材料、陶瓷颗粒增强球墨铸铁基复合材料、陶瓷颗粒增强灰铸铁基复合材料或陶瓷颗粒增强蠕墨铸铁基复合材料。

[0011] 本发明陶瓷颗粒增强铁基复合材料及其制备方法的设计依据及主要特点如下：选用金属陶瓷(WC-Co，其中Co的体积百分数为5％～12％)颗粒铸渗制备铁基复合材料，金属陶瓷本身硬度高，硬度≥66HRC，可提高复合材料耐磨性，使复合材料的耐磨性是其基体材料的5倍以上；金属陶瓷本身含有与钢铁液润湿的钴金属，制备复合材料之前不用再对金属陶瓷颗粒做表面改性处理，可保证得到冶金结合的复合材料；特别是金属陶瓷颗粒(1mm～7mm)粒度适中，靠高比重的自身重力可稳定铺置于铸型内铸渗，避免了填加粘结剂而使粘结剂以异类杂质残留在复合材料内的现象；且金属陶瓷颗粒适中，为钢铁液流动提供了毛细管通道，适于铸渗，解决了通常陶瓷颗粒增强表面复合材料复合层较薄的问题，使本发明陶瓷增强铁基复合材料的复合层厚度可达到15mm，适于制备较厚大的耐磨损复合铸件。

具体实施方式

[0012] 实施例1：将粒度为5mm的金属陶瓷(WC-Co，其中Co的体积百分数为8％)颗粒放在铸型内，铸型内金属陶瓷颗粒厚度15mm，铸型可以是砂型或金属型，向铸型内浇注含Cr质量百分数26％的高铬铸铁液，静态凝固冷却后制备出陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料。制得复合材料工作表面陶瓷颗粒面积百分数38％，陶瓷颗粒硬度≥66HRC，含有陶瓷颗粒的复合层厚度15mm。

[0013] 实施例2：将粒度为1mm的金属陶瓷(WC-Co，其中Co的体积百分数为5％)颗粒放在铸型内，铸型内金属陶瓷颗粒厚度1mm，铸型可以是砂型或金属型，向铸型内浇注球墨铸铁液，静态凝固冷却后制备出陶瓷颗粒增强球墨铸铁基复合材料。复合材料工作表面陶瓷颗粒面积百分数45％，陶瓷颗粒硬度≥66HRC，含有陶瓷颗粒的复合层厚度1mm。

[0014] 实施例3：将粒度为3mm的金属陶瓷(WC-Co，其中Co的体积百分数为8％)颗粒放在铸型内，铸型内金属陶瓷颗粒厚度5mm，铸型可以是砂型或金属型，向铸型内浇注灰铸铁液，静态凝固冷却后制备出陶瓷颗粒增强灰铸铁基复合材料。复合材料工作表面陶瓷颗粒面积百分数41％，陶瓷颗粒硬度≥66HRC，含有陶瓷颗粒的复合层厚度5mm。

[0015] 实施例4：将粒度为3mm的金属陶瓷(WC-Co，其中Co的体积百分数为12％)颗粒放在铸型内，铸型内金属陶瓷颗粒厚度10mm，铸型可以是砂型或金属型，向铸型内浇注蠕墨铸铁液，静态凝固冷却后制备出陶瓷颗粒增强蠕墨铸铁基复合材料。复合材料工作表面陶瓷颗粒面积百分数40％，陶瓷颗粒硬度≥66HRC，含有陶瓷颗粒的复合层厚度10mm。

[0016] 实施例5：将粒度为5mm的金属陶瓷(WC-Co，其中Co的体积百分数为6％)颗粒放在铸型内，铸型内金属陶瓷颗粒厚度5mm，铸型可以是砂型或金属型，向铸型内浇注含C质量百分数0.45％的碳钢液，静态凝固冷却后制备出陶瓷颗粒增强碳钢基复合材料。复合材料工作表面陶瓷颗粒面积百分数25％，陶瓷颗粒硬度≥66HRC，含有陶瓷颗粒的复合层厚度5mm。

[0017] 实施例6：将粒度为3mm的金属陶瓷(WC-Co，其中Co的体积百分数为12％)颗粒放在铸型内，铸型内金属陶瓷颗粒厚度3mm，铸型可以是砂型或金属型，向铸型内浇注含Cr质量百分数25％的耐热钢液，静态凝固冷却后制备出陶瓷颗粒增强耐热钢基复合材料。复合材料工作表面陶瓷颗粒面积百分数15％，陶瓷颗粒硬度≥66HRC，含有陶瓷颗粒的复合