專利名稱：活性炭碳化物絲網(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，特別涉及一種活性碳碳化物絲網(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、耐高溫材料的制造工藝。
背景技術(shù)：
耐磨材料廣泛應(yīng)用于礦山、建材、冶金、電力及汽車、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，國內(nèi)每年消耗金屬耐磨材料約達(dá)300萬噸。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，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。現(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?，F(xiàn)有技術(shù)中，還有通過對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)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種活性炭碳化物絲網(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的，具有使用壽命長、價格低的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的該制備工藝包括以下步驟(1)、用金屬絲編織金屬絲網(wǎng)；(2)、金屬絲網(wǎng)的孔隙中填滿活性炭，然后放入真空爐中，在1000℃～2300℃下保溫1～6小時，使金屬絲網(wǎng)的金屬元素與活性炭充分反應(yīng)，制作出碳化物絲網(wǎng)；(3)、將制作好的碳化物絲網(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碳化物絲網(wǎng)的耐磨工件的鑄型中。
所述金屬絲是直徑為0.01～2.5mm的鈦、鉻、鉿、鋯、釩、鎢金屬絲。
所述金屬絲網(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)增大金屬絲網(wǎng)間距。
所述金屬絲網(wǎng)根據(jù)放置碳化物絲網(wǎng)的耐磨工件部位及尺寸確定金屬絲網(wǎng)的形狀及尺寸，進(jìn)行裁剪，并壓制成與耐磨工件一致的形狀。
對制成所需形狀、尺寸的金屬絲網(wǎng)進(jìn)行表面除銹、除污、除油、除表面氧化皮等處理。
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。
所述金屬材料是灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵、抗磨鑄鐵、碳鋼、合金鋼、鈷合金或鎳合金。
本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明將金屬絲網(wǎng)用活性炭進(jìn)行碳化處理，得到高硬度、耐磨、耐腐蝕、耐高溫的碳化物絲網(wǎng)，然后用鑄造的方法制備復(fù)合材料，一方面利用碳化物強(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，本發(fā)明可以根據(jù)需要使增強(qiáng)相在金屬中隨意分布。
2、本發(fā)明的活性碳碳化物絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料制備工藝中，既可根據(jù)零件使用的不同工況，將碳化物絲網(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)工況要求進(jìn)行調(diào)整；又可將碳化物絲網(wǎng)固定于整個鑄型型腔中澆注液態(tài)金屬后冷卻，提高整個零件的耐磨、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)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明圖1為本發(fā)明工藝流程圖；圖2為本發(fā)明實施例球磨機(jī)襯板主視圖；圖3為本發(fā)明實施例球磨機(jī)襯板側(cè)視圖；圖4為本發(fā)明實施例球磨機(jī)襯板與球磨機(jī)筒體裝配圖；圖5為本發(fā)明球磨機(jī)襯板碳化物絲網(wǎng)側(cè)視圖；
圖6為本發(fā)明實施例復(fù)合材料球磨機(jī)襯板側(cè)視圖；圖7為本發(fā)明實施例軋輥截面圖；圖8為本發(fā)明實施例軋輥碳化物絲網(wǎng)截面圖；圖9為本發(fā)明實施例復(fù)合材料軋輥截面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明碳化物絲網(wǎng)1可以是碳化鈦、碳化鉻、碳化鉿、碳化鋯、碳化釩、碳化鎢絲網(wǎng)。
金屬材料2可以是灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵、抗磨鑄鐵、碳鋼、合金鋼、鈷合金或鎳合金。
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，同時根據(jù)工況要求確定在耐磨工件鑄型型腔中放置碳化物絲網(wǎng)的位置，從而確定碳化物絲網(wǎng)1的形狀及尺寸，相應(yīng)地確定金屬絲網(wǎng)的形狀及尺寸。
本發(fā)明金屬絲網(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。
實施例一.球磨機(jī)襯板實施例如圖1至圖6所示，球磨機(jī)襯板3上有一個螺釘孔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2所示，由于實際應(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開始磨損，根據(jù)工況要求，應(yīng)保證小弧面7處耐磨。鑄造時，應(yīng)在鑄型型腔底部小弧面7的相應(yīng)位置設(shè)置碳化物絲網(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)工作時球磨機(jī)襯板3最多磨損至螺栓5頭全部磨完，剩下的襯板就會從球磨機(jī)筒體6上掉下，所以碳化物絲網(wǎng)1的厚度應(yīng)該為從小弧面7至螺栓5頭部的寬度，碳化物絲網(wǎng)1的長寬尺寸與球磨機(jī)襯板3的長寬一致。
本實施例采用碳化鎢絲網(wǎng)，還可以采用碳化鈦絲網(wǎng)、碳化鉻絲網(wǎng)、碳化鉿絲網(wǎng)、碳化鋯絲網(wǎng)、碳化釩絲網(wǎng)?，F(xiàn)以碳化鎢絲網(wǎng)-高錳鋼球磨機(jī)襯板為例。
制作碳化鎢絲網(wǎng)-高錳鋼球磨機(jī)襯板步驟如下1.選用直徑為0.01～2.5mm的鎢金屬絲。
2.用鎢金屬絲編織多層正方形或矩形鎢金屬絲網(wǎng)，鎢金屬絲網(wǎng)中鎢金屬絲間距一般控制在0.01～10.0mm。
3.根據(jù)放置碳化鎢絲網(wǎng)1的部位及尺寸確定鎢金屬絲網(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.將壓制成與球磨機(jī)襯板3一致的弧形形狀的鎢金屬絲網(wǎng)用酸或丙酮洗滌，進(jìn)行表面除銹、除污、除油處理；用堿液清除鎢金屬絲網(wǎng)表面的氧化皮。
5.將壓制成與球磨機(jī)襯板3一致的弧形形狀并除銹、除污、除油、除去氧化皮后的鎢金屬絲網(wǎng)孔隙填滿活性炭，然后放入真空爐中，在1000℃～2000℃下進(jìn)行碳化1小時～5小時，制作出碳化鎢絲網(wǎng)1；如圖5所示。
6.將碳化鎢絲網(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澆入固定有碳化鎢絲網(wǎng)的鑄型中，使液態(tài)高錳鋼2充滿鑄型型腔及碳化物絲網(wǎng)1孔隙，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)良的碳化鎢絲網(wǎng)為增強(qiáng)相的碳化鎢絲網(wǎng)高錳鋼復(fù)合材料球磨機(jī)襯板。見圖6。
本實施例中高錳鋼2還可用灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵、抗磨鑄鐵；可以用低、中、高碳鋼；可以是低、中、高合金鋼取代。
二.軋輥實施例如圖7至圖9所示，軋輥9是一個截面為圓環(huán)形柱狀零件，在實際應(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，所以鑄造時將碳化物絲網(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。碳化物絲網(wǎng)1的形狀是截面為圓環(huán)形的圓柱狀，外圓柱面與軋輥外圓柱面10尺寸形狀一致，內(nèi)圓柱面直徑根據(jù)圓柱面10的耐磨程度而定。
本實施例采用碳化鉻絲網(wǎng)，還可以采用碳化鈦絲網(wǎng)、碳化鉿絲網(wǎng)、碳化鋯絲網(wǎng)、碳化釩絲網(wǎng)、碳化鎢絲網(wǎng)，現(xiàn)以碳化鉻絲網(wǎng)-灰鑄鐵軋輥為例制作碳化鉻絲網(wǎng)-灰鑄鐵軋輥步驟如下1.選用直徑為為0.01～2.5mm的鉻金屬絲。
2.用鉻金屬絲編織多層矩形鉻金屬絲網(wǎng)，鉻金屬絲網(wǎng)中鉻金屬絲間距一般控制在0.01～10.0mm。
3.根據(jù)放置碳化鉻絲網(wǎng)1的部位及尺寸確定鉻金屬絲網(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.對卷成截面為環(huán)形的圓柱體的鉻金屬絲網(wǎng)用酸或丙酮洗滌，進(jìn)行表面除銹、除污、除油處理；用堿液清除鉻金屬絲網(wǎng)表面的氧化皮。
5.將卷成環(huán)形圓柱體并除銹、除污、除油、除去氧化皮后的鉻金屬絲網(wǎng)孔隙填滿活性炭，然后放入真空爐中，在1000℃～1750℃進(jìn)行碳化1小時～5小時，制作出碳化鉻絲網(wǎng)1；如圖8所示。
6.將碳化鉻絲網(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澆入鑄型型腔，使液態(tài)灰鑄鐵2充滿鑄型型腔及碳化物絲網(wǎng)1孔隙，待灰鑄鐵2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)良的碳化鉻絲網(wǎng)1為增強(qiáng)相的碳化鉻絲網(wǎng)灰鑄鐵復(fù)合材料軋輥。見圖9。
本實施例中灰鑄鐵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.渦輪葉片實施例本實施例采用碳化釩絲網(wǎng)，金屬材料2采用鑄造鎳合金K6，碳化溫度為1000℃～1600℃。金屬材料2還可以采用鑄造鈷合金。其他采用與實施例一、二同樣的步驟。
四.燃?xì)廨啓C(jī)導(dǎo)向葉片實施例本實施例采用碳化鈦絲網(wǎng)，金屬材料2采用鈷基鑄造合金K44，碳化溫度為1000℃～1700℃。金屬材料2還可以采用鑄造鎳合金。其他采用與實施例一、二同樣的步驟。
對于其他耐磨、耐腐蝕、耐高溫零件的制備，除需變換碳化物絲網(wǎng)1的材質(zhì)，金屬材料2和碳化物絲網(wǎng)1形狀尺寸和碳化溫度外，可采用與實施例一、二相同的工藝步驟。
權(quán)利要求
1.一種活性炭碳化物絲網(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)、用金屬絲編織金屬絲網(wǎng)；(2)、金屬絲網(wǎng)的孔隙中填滿活性炭，然后放入真空爐中，在1000℃～2300℃下保溫1～6小時，使金屬絲網(wǎng)(3)的金屬元素與活性炭充分反應(yīng)，制作出碳化物絲網(wǎng)；(3)、將制作好的碳化物絲網(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碳化物絲網(wǎng)的耐磨工件的鑄型中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述活性炭碳化物絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于所述金屬絲是直徑為0.01～2.5mm的鈦、鉻、鉿、鋯、釩、鎢金屬絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述活性炭碳化物絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于所述金屬絲網(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)增大金屬絲網(wǎng)間距。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述活性炭碳化物絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于所述金屬絲網(wǎng)根據(jù)放置碳化物絲網(wǎng)的耐磨工件部位及尺寸確定金屬絲網(wǎng)的形狀及尺寸，進(jìn)行裁剪，并壓制成與耐磨工件一致的形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述活性炭碳化物絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于對制成所需形狀、尺寸的金屬絲網(wǎng)進(jìn)行表面除銹、除污、除油、除表面氧化皮等處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述活性炭碳化物絲網(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。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述活性炭碳化物絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于所述金屬材料是灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵、抗磨鑄鐵、碳鋼、合金鋼、鈷合金或鎳合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種活性炭碳化物絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，用金屬絲編織金屬絲網(wǎng)；金屬絲網(wǎng)的孔隙中填滿活性炭，然后放入真空爐中，在1000℃～2300℃下保溫1～6小時，使金屬絲網(wǎng)的金屬元素與活性炭充分反應(yīng)，制作出碳化物絲網(wǎng)；將制作好的碳化物絲網(wǎng)固定在耐磨工件鑄型的相應(yīng)部位，合型、等待澆注；熔金屬材料，得到液態(tài)金屬材料；采用鑄造方法將液態(tài)金屬材料澆入固定有碳化物絲網(wǎng)的耐磨工件的鑄型中。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的，具有使用壽命長、價格低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C22C47/12GK101024872SQ20071001743
公開日2007年8月29日 申請日期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, 崔雅茹 申請人:西安建筑科技大學(xué)