專利名稱：氮化鋯絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐磨復(fù)合材料的制備工藝，特別涉及一種氮化鋯絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝。本發(fā)明應(yīng)用于礦山、建材、冶金、電力及鐵路等行業(yè)耐磨、耐腐蝕材料。
背景技術(shù)：
耐磨材料廣泛應(yīng)用于礦山、建材、冶金、電力及鐵路等行業(yè)的耐磨零件的制造。如破碎機(jī)的襯板、錘頭、鄂板，球磨機(jī)襯板、磨球、軋輥、磨輥、挖掘機(jī)鏟齒、鐵道轍叉等。據(jù)統(tǒng)汁，國(guó)內(nèi)每年消耗金屬耐磨材料約達(dá)300萬(wàn)噸。磨損件很快失效，頻繁更換，不僅浪費(fèi)大量金屬材料，且造成巨大的停工停產(chǎn)損失，已成為制約生產(chǎn)發(fā)展的一個(gè)障礙。
目前各行業(yè)所用的耐磨材料主要有耐磨鋼、耐磨鑄鐵等幾種單一金屬材料。但由于單一材質(zhì)在強(qiáng)度、硬度、塑韌性等方面機(jī)械力學(xué)性能不可兼顧各種現(xiàn)場(chǎng)工況存在的特殊要求，所以使用期限仍然很短或很難滿足各種工況的需要。近年來(lái)，復(fù)合材料的研究和發(fā)展較快，出現(xiàn)了許多耐磨復(fù)合材料，如顆粒增強(qiáng)鋼鐵基復(fù)合材料，纖維增強(qiáng)鋼鐵基復(fù)合材料等，這些耐磨復(fù)合材料的應(yīng)用使零件的耐磨性和使用壽命大大提高，但由于這些耐磨復(fù)合材料的制備工藝難以控制穩(wěn)定，如顆粒增強(qiáng)鋼鐵基復(fù)合材料中顆粒增強(qiáng)相的均勻性難以控制，使得耐磨復(fù)合材料的推廣應(yīng)用受到限制。針對(duì)不同的工況，從材質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、制造工藝等方面進(jìn)行深入研究，開(kāi)發(fā)出一種新的耐磨復(fù)合材料的制備工藝，以提高耐磨材料的耐磨性?，F(xiàn)有技術(shù)中，有采用鋼、合金鋼金屬絲網(wǎng)與陶瓷耐磨材料的復(fù)合工藝，對(duì)材料的耐磨損性等性能指標(biāo)進(jìn)行了改進(jìn)和提高，但這些技術(shù)耐磨性能提高不顯著，得到的復(fù)合材料韌性較差。現(xiàn)有技術(shù)中，還有通過(guò)對(duì)零件整體氮化提高零件表面耐磨性能的技術(shù)，但這種技術(shù)只能在整個(gè)零件的全部外表形成很薄的氮化層，不能根據(jù)需要提高零件局部的耐磨性及調(diào)整耐磨層的厚度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氮化鋯絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，用該方法制備的復(fù)合材料能夠更好的滿足抗沖擊性、耐腐蝕性、耐高溫、耐磨損性等多種工況要求。
本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的該制備工藝包括以下步驟(1)、用鋯金屬絲編織鋯金屬絲網(wǎng)；(2)、將鋯金屬絲網(wǎng)放入氣體氮化爐中，在氮化氣氛中于1000℃～1800℃下，使鋯金屬絲網(wǎng)氮化，得到氮化鋯絲網(wǎng)；(3)、將制作好的氮化鋯絲網(wǎng)固定在耐磨工件鑄型的相應(yīng)部位，合型，等待澆注；(4)、熔煉金屬材料，得到液態(tài)金屬材料；(5)、采用鑄造方法將液態(tài)金屬材料澆入固定有氮化鋯絲網(wǎng)1的耐磨工件的鑄型中。
所述鋯金屬絲直徑為0.01～2.5mm。
所述鋯金屬絲網(wǎng)編織成單層或多層矩形或正方形，其間距為在0.01～10.0mm，也可根據(jù)工況需要適當(dāng)增大鋯金屬絲網(wǎng)間距。
所述氮化鋯絲網(wǎng)根據(jù)放置的耐磨工件部位及尺寸確定鋯金屬絲網(wǎng)的形狀及尺寸，進(jìn)行裁剪，并壓制成與耐磨工件部位一致的形狀。
對(duì)所述制成一定形狀的氮化鋯絲網(wǎng)除銹、除污、除油、除去氧化皮。
所述步驟(4)金屬材料是鑄鐵、鑄鋼、鈷合金或鎳合金。
所述步驟(5)采用鑄造方法為重力砂型鑄造、離心鑄造、差壓鑄造、低壓鑄造或真空吸鑄。
本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明將鋯金屬絲網(wǎng)在氮化爐中于氮化氣氛中進(jìn)行氮化處理，得到高硬度、耐磨耐腐蝕的氮化鋯絲網(wǎng)，然后用鑄造的方法制備復(fù)合材料，一方面利用氮化鋯絲網(wǎng)強(qiáng)化基體，提高了基體金屬的耐磨性、耐腐蝕、耐高溫性，另一方面，解決了顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料制備中，增強(qiáng)相難以均勻化分布的難題，可以根據(jù)需要使增強(qiáng)相在金屬液中隨意分布。
2、本發(fā)明的氮化鋯絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料制備工藝中，既根據(jù)不同的工況，將氮化鋯絲網(wǎng)固定于鑄型的局部，澆注液態(tài)金屬材料后冷卻，得到局部耐磨、耐腐蝕性提高的零件，復(fù)合層厚度可根據(jù)零件使用時(shí)工況要求進(jìn)行調(diào)整；又可將氮化鋯絲網(wǎng)固定于整個(gè)鑄型型腔中澆注液態(tài)金屬后冷卻，提高整個(gè)零件的耐磨、耐腐蝕性。
3.該工藝可控性強(qiáng)、成品率高、生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，適用于任何形狀、任何大小規(guī)格的耐磨、耐腐蝕零件，應(yīng)用面廣。


下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明圖1為本發(fā)明氮化鋯絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例球磨機(jī)襯板主視圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例球磨機(jī)襯板側(cè)視圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例球磨機(jī)襯板與球磨機(jī)筒體裝配圖；圖5為本發(fā)明成形氮化鋯絲網(wǎng)后的側(cè)視圖；圖6為本發(fā)明氮化鋯絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料球磨機(jī)襯板側(cè)視圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例軋輥截面圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例軋輥氮化鋯絲網(wǎng)截面圖；圖9為本發(fā)明氮化鋯絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料軋輥截面圖。
具體實(shí)施例方式
本氮化鋯絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料是由氮化鋯絲網(wǎng)與金屬材料采用鑄造的方法復(fù)合而成。
本發(fā)明金屬材料2可以是鑄鐵(灰鑄鐵、白口鑄鐵、球墨鑄鐵)、鑄鋼(低、中、高碳鋼，低、中、高合金鋼、不銹鋼)、鈷合金、鎳合金。
本發(fā)明鑄造方法可以采用重力砂型鑄造、離心鑄造、差壓鑄造、低壓鑄造、真空吸鑄的鑄造方法。根據(jù)耐磨、耐腐蝕、耐高溫零件特點(diǎn)，選擇采用重力砂型鑄造、或離心鑄造、差壓鑄造、低壓鑄造、真空吸鑄的鑄造方法，并制作鑄造耐磨、耐腐蝕、耐高溫零件用鑄型，同時(shí)根據(jù)工況要求確定在鑄型中放置氮化鋯絲網(wǎng)的位置，從而確定氮化鋯絲網(wǎng)的形狀及尺寸。
本發(fā)明鋯金屬絲網(wǎng)根據(jù)耐磨層厚度編織成單層或多層矩形或正方形。耐磨層薄可編織成單層，耐磨層厚可編織成多層。
實(shí)施例一、球磨機(jī)耐磨襯板實(shí)施例如圖2、圖4所示，球磨機(jī)襯板3上有一個(gè)螺釘孔4，由螺栓5將球磨機(jī)襯板3連接到球磨機(jī)筒體6上。
如圖3所示，由于實(shí)際應(yīng)用中球磨機(jī)襯板3上較大的弧面8與球磨機(jī)筒體6接觸，球磨機(jī)襯板3由小弧面7開(kāi)始磨損，根據(jù)工況要求，應(yīng)保證小弧面7處耐磨。鑄造時(shí)，應(yīng)在鑄型腔底部小弧面7的相應(yīng)位置設(shè)置氮化鋯絲網(wǎng)1，并采用重力砂型鑄造的鑄造方法(也可以采用差壓鑄造、低壓鑄造、真空吸鑄的鑄造方法)，用石英砂制作鑄造用鑄型并烘干。球磨機(jī)工作時(shí)球磨機(jī)襯板3最多磨損至螺栓5頭部磨完，剩下的襯板就會(huì)從球磨機(jī)筒體6上掉下，所以氮化鋯絲網(wǎng)1的厚度應(yīng)該為從小弧面7至螺栓5頭部的寬度，氮化鋯絲網(wǎng)1的長(zhǎng)寬尺寸與球磨機(jī)襯板5的長(zhǎng)寬一致。
本實(shí)施例采用氮化鋯絲網(wǎng)，金屬材料2可以采用白口抗磨鑄鐵、鑄低、中、高碳鋼，低、中、高合金鋼?，F(xiàn)以氮化鋯絲網(wǎng)-高錳鋼球磨機(jī)襯板為例。
制作氮化鋯絲網(wǎng)-高錳鋼球磨機(jī)襯板步驟如下1.選用直徑為0.01～2.5mm的鋯金屬絲。
2.用鋯金屬絲編織多層正方形或矩形鋯金屬絲網(wǎng)，鋯金屬絲網(wǎng)中鋯金屬絲間距一般控制在0.01～10.0mm。
3.根據(jù)放置氮化鋯絲網(wǎng)1的部位及尺寸確定鋯金屬絲網(wǎng)的形狀及尺寸，進(jìn)行裁剪，并壓制成與球磨機(jī)襯板3一致的弧形形狀。
4.對(duì)壓制成的鋯金屬絲網(wǎng)用酸或丙酮洗滌，進(jìn)行表面除銹、除污、除油處理；用堿液清除鋯金屬絲網(wǎng)表面的氧化皮。
5.將壓制成形并除銹、除污、除油、除去氧化皮后的鋯金屬絲網(wǎng)放入氣體氮化爐中，在氮或氨氣氛中于1000℃～1800℃下進(jìn)行氮化1小時(shí)～5小時(shí)，制作出氮化鋯絲網(wǎng)1；6.將氮化鋯絲網(wǎng)1固定在鑄型的相應(yīng)部位，合型，等待澆注。
7.熔煉高錳鋼2金屬液，然后將液態(tài)高錳鋼2澆入固定有氮化鋯絲網(wǎng)1的鑄型中，待高錳鋼完全凝固、冷卻后，去除鑄型、澆注系統(tǒng)、飛邊、毛刺，即制備出以耐磨、耐腐蝕性能優(yōu)良的氮化鋯絲網(wǎng)1為增強(qiáng)相的氮化鋯絲網(wǎng)高錳鋼復(fù)合材料球磨機(jī)襯板。見(jiàn)圖6。
二.軋輥實(shí)施例如圖7所示，軋輥9是一個(gè)截面為圓環(huán)形柱狀零件，在實(shí)際應(yīng)用中軋輥外圓柱面10是易磨損部位，因此要求軋輥外圓柱面10耐磨，所以鑄造時(shí)將氮化鋯絲網(wǎng)1安放在鑄型中軋輥外圓柱面10的相應(yīng)位置，以提高軋輥外圓柱面10的耐磨性。氮化鋯絲網(wǎng)1的形狀設(shè)為截面為圓環(huán)形的圓柱狀，氮化鋯絲網(wǎng)1外圓柱面與軋輥外圓柱面10尺寸形狀一致，厚度根據(jù)軋輥外圓柱面10的耐磨程度確定。
本實(shí)施例采用氮化鋯絲網(wǎng)，金屬材料2可以采用灰鑄鐵、白口抗磨鑄鐵、鑄造低、中、高碳鋼，鑄造低、中、高合金鋼?，F(xiàn)以氮化鋯絲網(wǎng)-灰鑄鐵軋輥為例。
制作氮化鋯絲網(wǎng)絲網(wǎng)-灰鑄鐵軋輥步驟如下1.選用直徑為為0.01～2.5mm的鋯金屬絲。
2.用鋯金屬絲編織多層矩形鋯金屬絲網(wǎng)，鋯金屬絲網(wǎng)中鋯金屬絲間距一般控制在0.01～10.0mm。
3.根據(jù)放置氮化鋯絲網(wǎng)絲網(wǎng)1的部位及尺寸確定鋯金屬絲網(wǎng)的形狀及尺寸，進(jìn)行裁剪，卷成截面為環(huán)形的圓柱體。
4.對(duì)鋯金屬絲網(wǎng)用酸或丙酮洗滌，進(jìn)行表面除銹、除污、除油處理；用堿液清除鋯金屬絲網(wǎng)表面的氧化皮。
5.將卷成環(huán)形圓柱體并除銹、除污、除油、除去氧化皮后的鋯金屬絲網(wǎng)放入氣體氮化爐中，在氮?dú)饣虬睔夥罩杏?000℃～1800℃下進(jìn)行氮化1小時(shí)～5小時(shí)，制作出氮化鋯絲網(wǎng)1；如圖8所示。
6.將氮化鋯絲網(wǎng)1固定在鑄型的相應(yīng)部位，合型，等待澆注。
7.熔煉灰鑄鐵2金屬液，然后將液態(tài)灰鑄鐵2澆入固定有氮化鋯絲網(wǎng)的鑄型中，待灰鑄鐵完全凝固、冷卻后，去除鑄型、澆注系統(tǒng)、飛邊、毛刺，即制備出以耐磨、耐腐蝕性能優(yōu)良的氮化鋯絲網(wǎng)1為增強(qiáng)相的氮化鋯絲網(wǎng)灰鑄鐵復(fù)合材料軋輥。見(jiàn)圖9。
本實(shí)施例中灰鑄鐵2還可用球墨鑄鐵、合金鑄鐵、抗磨鑄鐵；可以用低、中、高碳鋼；還可以用低、中、高合金鋼取代。
三.渦輪葉片實(shí)施例本實(shí)施例采用氮化鋯絲網(wǎng)，金屬材料2采用鑄造鎳合金K6，還可以采用鑄造鈷合金。其他采用與實(shí)施例一、二同樣的步驟。
四、燃?xì)廨啓C(jī)導(dǎo)向葉片實(shí)施例本實(shí)施例采用氮化鋯絲網(wǎng)，金屬材料2采用鈷基鑄造合金K44，還可以采用鑄造鎳合金。其他采用與實(shí)施例一、二同樣的步驟。
對(duì)于其他耐磨、耐腐蝕、耐高溫零件的制備，除需變換金屬材料2和氮化鋯絲網(wǎng)1形狀尺寸外，可采用與實(shí)施例一、二相同的工藝步驟。
權(quán)利要求
1.一種氮化鋯絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于該制備工藝包括以下步驟(1)、用鋯金屬絲編織鋯金屬絲網(wǎng)；(2)、將鋯金屬絲網(wǎng)放入氣體氮化爐中，在氮化氣氛中于1000℃～1800℃下，使鋯金屬絲網(wǎng)氮化，得到氮化鋯絲網(wǎng)；(3)、將制作好的氮化鋯絲網(wǎng)固定在耐磨工件鑄型的相應(yīng)部位，合型，等待澆注；(4)、熔煉金屬材料，得到液態(tài)金屬材料；(5)、采用鑄造方法將液態(tài)金屬材料澆入固定有氮化鋯絲網(wǎng)的耐磨工件的鑄型中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化鋯絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于所述鋯金屬絲直徑為0.01～2.5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化鋯絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于所述鋯金屬絲網(wǎng)編織成單層或多層矩形或正方形，其間距為在0.01～10.0mm，也可根據(jù)工況需要適當(dāng)增大鋯金屬絲網(wǎng)間距。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化鋯絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于所述氮化鋯絲網(wǎng)根據(jù)放置的耐磨工件部位及尺寸確定鋯金屬絲網(wǎng)的形狀及尺寸，進(jìn)行裁剪，并壓制成與耐磨工件部位一致的形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述氮化鋯絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于對(duì)所述制成一定形狀的氮化鋯絲網(wǎng)除銹、除污、除油、除去氧化皮。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化鋯絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于所述步驟(4)金屬材料是鑄鐵、鑄鋼、鈷合金或鎳合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化鋯絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于所述步驟(5)采用鑄造方法為重力砂型鑄造、離心鑄造、差壓鑄造、低壓鑄造或真空吸鑄。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種氮化鋯絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備方法，將鋯金屬絲編織的鋯金屬絲網(wǎng)放入氣體氮化爐中，在氮化氣氛中于1000℃～1800℃下，使鋯金屬絲網(wǎng)的鋯氮化，得到氮化鋯絲網(wǎng)；將制作好的氮化鋯絲網(wǎng)固定在耐磨工件鑄型的相應(yīng)部位，合型、澆注，采用鑄造方法將液態(tài)金屬材料澆入耐磨工件的鑄型中。用該方法制備的氮化鋯絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料能夠更好的滿足抗沖擊性、耐腐蝕性、耐高溫、耐磨損性等多種工況要求。
文檔編號(hào)C22C47/12GK101024871SQ20071001743
公開(kāi)日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2007年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者劉環(huán), 許云華, 張勝利, 劉文剛 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)