專利名稱：自蔓延法制造耐磨陶瓷復合模具鋼板材的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于提高擠壓成型模具材料耐磨性的制造技術。可用于建筑材料、耐火材料、金屬半固態(tài)加工 等需要大量擠壓成型模具的行業(yè)。
背景技術：
在建筑材料成型、耐火材料成型、金屬半固態(tài)加工等行業(yè)擠壓成型中模具是主要的生產設備，它們的 共同特征是在擠壓成型工程中物料對模具的摩擦特別大，模具磨損速度快，模具精度壽命短，為了解決此 問題，專家和工程技術人員研制出多種高硬度、耐磨的高碳、高鉻、高錳、高鉬等合金鋼作為模具制造材 料，或者對現(xiàn)有的合金鋼模具進行滲碳、滲氮、滲碳化鴇等技術來提高其耐磨性能，均有很好的效果， 在建筑材料、耐火材料擠壓成型的模具生產中得到廣泛應用，但是其缺點是模具成本大大提高，攤到每件 制成品上的模具費用也比較高，在日益激烈的市場競爭的條件下，降低模具成本也是一條可行之路。另一方面，陶瓷鋼鐵復合管制造技術已經成熟(ZL—種制備薄壁陶瓷內襯層鋼管的方法，北京科技大 學，中國，C04B35/65， 200510086804.9; ZL陶瓷內襯復合管的制造方法，王建江，中國，B28B21/72, 97111352.1 )。陶瓷鋼管是采用自蔓延高溫合成-離心法制造的。就是把無縫鋼管放在離心機的管模內，鋼管 內加入鐵紅和鋁粉混合物。這種混合物在化學中稱為鋁熱劑。離心機管模旋轉達到一定速度后，點燃鋁熱 劑,鋁熱劑立即燃燒，燃燒波迅速蔓延，在蔓延時發(fā)生如下劇烈的化學反應2Al+Fe203=Al203+2Fe+836kJ 3Fe304+8Al=4Al203+9Fe+3265kJ 此鋁熱劑反應后生成物為01-八1203(即剛玉)和鐵,同時放出大量熱量。這些熱量如在絕熱條件下,絕熱溫 度可達3753K和3509K,它使鋼管內原來物料以及反應后的生成物剛玉全部變成熔液，由于反應非常迅速，只有數(shù)秒鐘，熔融反應物在離心力作用下,迅速按比重大小進行分離。鐵被離心力甩到鋼管內壁,Al203則分布在鐵的內層。由于鋼管迅速吸熱和傳熱,Al203和Fe迅速達到凝固點，很快分層凝固。最后形成的陶瓷鋼管從內到外分別為剛玉瓷層、以鐵為主的過渡層和外部的鋼管層。高溫熔融的鐵液和Al203液,與鋼管內壁接觸，使鋼管處于半熔融狀態(tài)，使鐵層與鋼管形成冶金結合，鐵層與鋼玉瓷層間也形成牢固結合,其機械耐磨性能大 大提高，經權威部門模擬試驗測定，抗磨損抗沖刷的綜合性能均比同厚壁的耐磨合金鑄鋼提高5倍以上，比 20號碳鋼管提高20倍以上。靜態(tài)自蔓延法制備黑色金屬半固態(tài)加工用陶瓷涂層模具(陳威等，申請?zhí)?00510040328.7;審定 公告號1762618)，在擠壓模具生產中得到了應用，其特點是凹模一次整體成型，但是文獻僅査到在形狀 簡單的圓形凹模得到成功的例子，對于生產形狀稍復雜的擠壓模具還有很大難度，進一步說，自蔓延法制 備擠壓成型陶瓷涂層模具的工藝技術難度比較大，難于在一般擠壓模具生產企業(yè)推廣。發(fā)明內容本發(fā)明在于利用自蔓延法制造陶瓷鋼鐵復合板材，通過切割、鑲嵌、焊接到擠壓模具中，達到提高 模具關鍵部位硬度，增強其耐磨性的目的。本發(fā)明的主要技術特征為在振動和磁力環(huán)境條件下完成自蔓延法陶瓷鋼鐵復合制造中鋁熱反應和液 態(tài)產物Fe和A1203的分離，以達到旋轉慣性力分離的同樣效果。本發(fā)明的主要有兩部分組成， 一是鋁熱反應容體部分，其中耐火材料箱(3)以鋼板基材(1)為底， 由石棉層(5)為縫隙填充物，反應原料Al和Fe203混合粉末由耐火材料箱自蔓延材料入口 (4)填入；二 是鋼制活動平臺(6)，其一端固定安裝帶偏心質量調速振動電機(7);并固定有與耐火材料箱(3)下口 周邊外壁尺寸相匹配的臺階，以保障平臺振動時耐火材料箱(3)不發(fā)生滑移；另外其中部與鋼板基材(1) 相對應位置打一組孔固定一組永久強磁鐵(9)，磁鐵的上表面與平臺面平；該平臺由滾動軸承(8)和基 礎垂向接觸，由水平彈簧(10)和基礎橫向連接。


圖1為自蔓延法制造耐磨陶瓷復合模具鋼板材系統(tǒng)的結構簡圖，圖中各部分(1)鋼板基材，(2)陶 瓷層，(3)耐火材料箱，(4)自蔓延材料入口， (5)石棉層，(6)鋼制活動平臺，(7)帶偏心質量調速電 機，(8)滾動軸承，(9)永久強磁鐵，(10)水平彈簧。
具體實施方式
該發(fā)明的具體實施的過程為，首先將鋼板基材(1)由石棉層(5)為縫隙填充物與耐火材料箱(3) 下口緊密接合固定，形成一完整箱體；將反應原料Al粉和Fe203粉混合；將混合粉末由自蔓延材料入口 (4) 填進耐火材料箱(3)中；蓋上自蔓延材料入口 (4)，將箱體放入加熱爐內預熱至750士50。C，保溫20分鐘， 取出箱體垂直放入鋼制活動平臺(6)上臺階內；啟動帶偏心質量調速電機(7)使活動平臺(6)開始水 平微幅振動；點燃A1+Fe203粉末，Al和Fe203發(fā)生鋁熱反應，產物Fe和A1203均處于液態(tài)，振動可擠出 液體中的氣泡，并在振動和平臺下面與鋼板基材(1)相對應位置固定的永久強磁鐵(9)的磁力線及重力 作用下，處于液態(tài)的Fe和八1203開始分離，Al203液浮在上層逐漸結晶凝固，F(xiàn)e液靠向鋼板基材并在其表 面熔為一體；在耐火材料保溫條件下逐漸冷卻。去掉耐火材料箱體得到陶瓷復合模具鋼板材的坯板；對坯 板上壁陶瓷涂層進行水平磨削加工，即可得到耐磨陶瓷復合模具鋼板材。本發(fā)明成本低廉、工藝簡單、模 具使用壽命長。
權利要求
1、自蔓延法制造耐磨陶瓷復合模具鋼板材，其特征在于在振動和磁力環(huán)境條件下完成自蔓延法陶瓷鋼鐵復合制造中鋁熱反應和液態(tài)產物Fe和Al2O3的分離，該發(fā)明主要有兩部分組成，一是鋁熱反應容體部分，其中耐火材料箱以鋼板基材為底，由石棉層為縫隙填充物，反應原料Al和Fe2O3混合粉末由耐火材料箱的自蔓延材料入口填入；二是鋼制活動平臺，其一端固定安裝帶偏心質量調速振動電機；并固定有與耐火材料箱下口周邊外壁尺寸相匹配的臺階；另外其中部與鋼板基材相對應位置打一組孔固定一組永久強磁鐵，磁鐵的上表面與平臺面平；該平臺由滾動軸承和基礎垂向接觸，由水平彈簧和基礎橫向連接。
全文摘要
本發(fā)明屬于提高擠壓成型模具材料耐磨性的制造技術，可用于建筑材料、耐火材料等需要擠壓成型模具的行業(yè)。目的在于制造陶瓷鋼鐵復合板材，通過切割、鑲嵌、焊接到擠壓模具中，提高模具關鍵部位硬度，增強其耐磨性。主要技術特征為利用振動和磁力解決在自蔓延法陶瓷鋼鐵復合制造中鋁熱反應液態(tài)產物Fe和Al₂O₃的分離問題，以達到旋轉慣性力分離的同樣效果。主要組成部分有，耐火材料箱以鋼板基材為底，反應原料Al和Fe₂O₃混合粉末由耐火材料箱上口填入；鋼制活動平臺一端固定安裝帶偏心質量調速振動電機，并且其中部與鋼板基材相對應位置打一組孔固定永久強磁鐵，磁鐵的上面與平臺面平；該平臺由滾動軸承與彈簧和基礎連接。
文檔編號B22D19/08GK101269412SQ20071030482
公開日2008年9月24日 申請日期2007年12月29日 優(yōu)先權日2007年12月29日
發(fā)明者孫利民, 申長雨 申請人:鄭州大學橡塑模具國家工程研究中心