專利名稱：一種復(fù)合耐磨材料陶瓷顆粒增強(qiáng)體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合耐磨件的顆粒增強(qiáng)體的制備方法，具體涉及一種復(fù)合耐磨材料陶 瓷顆粒增強(qiáng)體的制備方法。
背景技術(shù)：
在水泥、礦山、火力發(fā)電廠以及各類工業(yè)中遇到的磨礦設(shè)備、破碎設(shè)備中使用的易 磨損部件。這些部件通常要求有很好的整體機(jī)械性能，希望這些部件不僅具有較高的耐磨 性，還要具有一定韌性，以便具有抗沖擊等機(jī)械性能，以適應(yīng)實(shí)際工況要求。材料的耐磨性通常與硬度成正比，而高韌性與高硬度在同一材料中是一對(duì)矛盾。 復(fù)合材料是解決這一矛盾的良好途徑，有人提出表層復(fù)合材料的概念，在耐磨件工作表層 形成一定厚度的復(fù)合層，這層復(fù)合層具有高硬度，高耐磨性，而基體則由韌性較好的材料構(gòu) 成。中國(guó)發(fā)明專利(CN 101112718A)利用碳化鎢顆粒制備陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材 料；中國(guó)發(fā)明專利(CN 100535162C)中提到碳化鎢顆粒增強(qiáng)鋼/鐵基復(fù)合耐磨襯板；中國(guó) 發(fā)明專利(CN 101214539A)利用自蔓延反應(yīng)在高錳鋼表層制備一層碳化鈦顆粒增強(qiáng)復(fù)合 層，等以往制備的顆粒增強(qiáng)耐磨復(fù)合材料都存這一問(wèn)題，并且均未提及一種通用的復(fù)合材 料增強(qiáng)體制備方法。中國(guó)發(fā)明專利(CN 1147373C)將顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料制成局部增強(qiáng)，則 可避免整塊復(fù)合增強(qiáng)的脆性，但使用范圍有限，但只能針對(duì)軋鋼用導(dǎo)位板這種產(chǎn)品，并未從 陶瓷顆粒增強(qiáng)體的制備上進(jìn)行改變；中國(guó)發(fā)明專利(CN 101412095A)采用低碳鋼薄鋼板包 裹合金粉末及顆粒的方式來(lái)控制復(fù)合材料的分布，但是薄鋼板在高溫下達(dá)到力學(xué)熔點(diǎn)后失 去了支撐強(qiáng)度，并且不能在高溫下熔化，殘留在鑄件中成為復(fù)合材料的薄弱環(huán)節(jié)，此外操作 工藝還很復(fù)雜。中國(guó)發(fā)明專利(CN101585081A)采用粘結(jié)劑和專用模具制備出陶瓷顆粒增 強(qiáng)體，然后進(jìn)行澆鑄，操作簡(jiǎn)單，能夠批量生產(chǎn)，提供了較好的思路，但是使用粘結(jié)劑使用量 的多少會(huì)直接影響到鑄滲效果。比利時(shí)馬克托公司生產(chǎn)地復(fù)合材料磨輥(US2002136857(A1)、US2007184235 (Al)) 采用高耐磨陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料具有很高的耐磨性，使用壽命大幅度提高，因而占 據(jù)了國(guó)際大型磨輥的大片市場(chǎng)，但是該公司采用的陶瓷顆粒為氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷，這 種材料與鋼鐵材料的潤(rùn)濕性略差，結(jié)合強(qiáng)度有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種復(fù)合耐磨材料陶瓷顆粒 增強(qiáng)體的制備方法。該方法不僅原材料單一、來(lái)源廣，而且制備工藝簡(jiǎn)單易于控制，便于規(guī) 模批量生產(chǎn)，采用不同的模具即可制出想要的顆粒增強(qiáng)體形狀。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)將粒度為8-14目的鑄造碳化鎢顆粒，按所要求質(zhì)量填充于石墨模具中，再連同 石墨模具一起置于真空燒結(jié)爐中；
2)真空燒結(jié)爐的真空度為10_2Pa，在2小時(shí)內(nèi)自室溫升溫至1700-1750°C保溫 35-40min,隨爐冷卻至室溫后，抽芯、脫模得復(fù)合耐磨材料陶瓷顆粒增強(qiáng)體；其中，鑄造碳化鎢顆粒的使用量根據(jù)下式計(jì)算W = S · h · P式中W——鑄造碳化鎢顆粒的質(zhì)量，g ；S——顆粒增強(qiáng)體的底面積即石墨模具的底面積，mm2 ；h——顆粒增強(qiáng)體的高度即石墨模具的高度，mmρ —鑄造碳化鎢顆粒的密度，g/mm3所說(shuō)的鑄造碳化鎢顆粒為WC和W2C的共晶體，包含WC、W2C和WCh相，其中0 < X < 0. 3，顆粒硬度為1800-2500Hv，密度約為16g/mm3。所說(shuō)的石墨模具采用塊狀、板狀或蜂窩狀結(jié)構(gòu)。所說(shuō)的鑄造碳化鎢顆粒與石墨模具間鋪墊一層厚度為0. 4mm的石墨紙進(jìn)行分隔。由于鑄造碳化鎢陶瓷顆粒具有高的硬度、熔點(diǎn)，并且和鐵基金屬(液)有良好的潤(rùn) 濕性，利于鑄滲。這樣制備出的復(fù)合材料顆粒與基體金屬之間的界面為冶金結(jié)合，結(jié)合牢 固，具有較高的綜合耐磨性。因此，鑄造碳化鎢陶瓷顆粒適合作為復(fù)合增強(qiáng)顆粒的綜合性能 較好。本發(fā)明制備的復(fù)合耐磨材料陶瓷顆粒增強(qiáng)體不含任何粘結(jié)劑、鑄滲劑等其他添加劑， 不發(fā)氣、無(wú)夾雜、不影響鑄滲效果，僅利用陶瓷顆粒自身的性質(zhì)來(lái)完成結(jié)合，利用此復(fù)合耐 磨材料陶瓷顆粒增強(qiáng)體在制備復(fù)合耐磨件時(shí)澆鑄過(guò)程中不易潰散，金屬液通過(guò)鑄滲作用滲 入陶瓷顆粒增強(qiáng)體形成復(fù)合材料。且鑄滲效果良好，在表層形成母體金屬與復(fù)合材料共存， 即提高了耐磨件的耐磨性，又可抵抗沖擊，有效延長(zhǎng)了耐磨件的使用壽命。


圖1為本發(fā)明復(fù)合材料破碎機(jī)垂頭示意圖；圖Ia是蜂窩狀增強(qiáng)體復(fù)合錘頭示意 圖、圖Ib是板狀增強(qiáng)體復(fù)合錘頭示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1 1)將粒度為8-14目的鑄造碳化鎢顆粒，按所要求質(zhì)量填充于塊狀、板狀或蜂窩狀 結(jié)構(gòu)的石墨模具中，再連同石墨模具一起置于真空燒結(jié)爐中；所說(shuō)的鑄造碳化鎢顆粒為WC 和W2C的共晶體，包含WC、W2C和WC1-X相，其中0 < X < 0. 3，顆粒硬度為1800-2500HV,密度 約為16g/mm3，為了避免陶瓷顆粒增強(qiáng)體與模具發(fā)生粘連，鑄造碳化鎢顆粒與石墨模具間鋪 墊一層厚度為0. 4mm的石墨紙進(jìn)行分隔；2)真空燒結(jié)爐的真空度為10_2Pa，在2小時(shí)內(nèi)自室溫升溫至1700°C保溫40min進(jìn) 行燒結(jié)，隨爐冷卻至室溫后，抽芯、脫模得復(fù)合耐磨材料陶瓷顆粒增強(qiáng)體；其中，鑄造碳化鎢顆粒的使用量根據(jù)下式計(jì)算W = S · h · P式中W-S-h-
-鑄造碳化鎢顆粒的質(zhì)量，g ； -顆粒增強(qiáng)體的底面積即石墨模具的底面積，mm2 -顆粒增強(qiáng)體的高度即石墨模具的高度，mm 一鑄造碳化鎢顆粒的密度，g/mm3不經(jīng)過(guò)壓制，直接在高溫下進(jìn)行燒結(jié)；利用WC陶瓷顆粒自身的物理化學(xué)性質(zhì)，碳 化鎢各相之間在高溫下的反應(yīng)和擴(kuò)散，將陶瓷顆粒連接在一起，形成一種具有三維孔隙的 海綿體結(jié)構(gòu)，鑄造時(shí)金屬液通過(guò)鑄滲作用，進(jìn)入陶瓷顆粒增強(qiáng)體孔隙中與陶瓷顆粒形成復(fù) 合材料，在鑄件的工作面形成基體與復(fù)合材料共存的結(jié)構(gòu)。利用本發(fā)明制備的復(fù)合耐磨材 料陶瓷顆粒增強(qiáng)體制備的破碎機(jī)垂頭如圖la、圖Ib所示。
施例1( 施例1( 施例1( 施例1(
實(shí)施例2 本實(shí)施例的燒結(jié)溫度為1720°C，保溫時(shí)間為37min 其它制備過(guò)程同實(shí)
實(shí)施例3 本實(shí)施例的燒結(jié)溫度為1750°C，保溫時(shí)間為35min 其它制備過(guò)程同實(shí)
實(shí)施例4 本實(shí)施例的燒結(jié)溫度為1730°C，保溫時(shí)間為38min 其它制備過(guò)程同實(shí)
實(shí)施例5 本實(shí)施例的燒結(jié)溫度為1740°C，保溫時(shí)間為36min 其它制備過(guò)程同實(shí)
權(quán)利要求
一種復(fù)合耐磨材料陶瓷顆粒增強(qiáng)體的制備方法，其特征在于1)將粒度為8 14目的鑄造碳化鎢顆粒，按所要求質(zhì)量填充于石墨模具中，再連同石墨模具一起置于真空燒結(jié)爐中；2)真空燒結(jié)爐的真空度為10 2Pa，在2小時(shí)內(nèi)自室溫升溫至1700 1750℃保溫35 40min，隨爐冷卻至室溫后，抽芯、脫模得復(fù)合耐磨材料陶瓷顆粒增強(qiáng)體；其中，鑄造碳化鎢顆粒的使用量根據(jù)下式計(jì)算W＝S·h·ρ式中W——鑄造碳化鎢顆粒的質(zhì)量，g；S——顆粒增強(qiáng)體的底面積即石墨模具的底面積，mm2；h——顆粒增強(qiáng)體的高度即石墨模具的高度，mmρ——鑄造碳化鎢顆粒的密度，g/mm3
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合耐磨材料陶瓷顆粒增強(qiáng)體的制備方法，其特征在于所 說(shuō)的鑄造碳化鎢顆粒為WC和W2C的共晶體，包含WC、W2C和WCg相，其中0<X<0. 3，顆 粒硬度為1800-2500Hv，密度約為16g/mm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合耐磨材料陶瓷顆粒增強(qiáng)體的制備方法，其特征在于所 說(shuō)的石墨模具采用塊狀、板狀或蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合耐磨材料陶瓷顆粒增強(qiáng)體的制備方法，其特征在于所 說(shuō)的鑄造碳化鎢顆粒與石墨模具間鋪墊一層厚度為0. 4mm的石墨紙進(jìn)行分隔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合耐磨材料陶瓷顆粒增強(qiáng)體的制備方法，該陶瓷顆粒增強(qiáng)體是由WC陶瓷顆粒在真空高溫環(huán)境中燒結(jié)而成，通過(guò)設(shè)計(jì)不同形狀尺寸的模具，可以將預(yù)制體制成所要求的各種形狀，如塊狀和蜂窩狀等。將預(yù)制體規(guī)則排列在鑄型端面，采用負(fù)壓澆鑄方法澆鑄金屬后，金屬液通過(guò)鑄滲作用滲入預(yù)制體中陶瓷顆粒增強(qiáng)體(孔隙中)形成復(fù)合材料，在鑄件的工作面上基體金屬與所形成復(fù)合材料共存，既提高了耐磨件的耐磨性，又有一定的抗沖擊性。
文檔編號(hào)B22D19/08GK101898239SQ201010235199
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者史芳杰, 尹宏飛, 李林, 李燁飛, 王娟, 邢建東, 鄭開(kāi)宏, 高義民 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué);廣州有色金屬研究院