專利名稱：一種梯度復(fù)合耐磨材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種梯度復(fù)合耐磨材料的制備方法，屬于金屬耐磨材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在鋼材、冶金、煤炭、建材和電力等行業(yè)中，物料的破碎、研磨、輸送傳輸和導(dǎo)位運(yùn)輸非常的普遍。目前的物料破碎、研磨、輸送傳輸和導(dǎo)位運(yùn)輸系統(tǒng)中，多半采用的是鋼材加工成的金屬零件作為載體。由于普通鋼材的高溫耐磨性較差，所以這些零件在系統(tǒng)中的磨損非常嚴(yán)重，使其使用壽命短，更換頻繁。導(dǎo)致生產(chǎn)成本很高，工人勞動強(qiáng)度加大，并且嚴(yán)重影響各系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種梯度復(fù)合耐磨材料的制備方法，通過下列技術(shù)方案實現(xiàn)。一種梯度復(fù)合耐磨材料的制備方法，經(jīng)過下列各步驟
將金屬元素粉分別填充在錐度型碳鋼管中并壓實，再將錐度碳鋼管交錯以網(wǎng)狀放置于材料鑄型型腔內(nèi)至金屬元素粉總量占耐磨材料總體積的20 50%，然后將熔化的基體金屬澆入材料鑄型型腔內(nèi)至澆滿為止，然后自然冷卻至室溫，即得到梯度復(fù)合耐磨材料。所述的金屬元素粉為鈦、鋯、鈮、釩粉中的一種或任意幾種與碳粉和鐵粉按實際所需的比例混合后的機(jī)械合金化粉。所述的金屬元素粉末的目數(shù)為100 300目。所述錐度碳管的錐度為2 20°，大端直徑為1 15mm，壁厚為0. 1 1mm。所述的基體金屬為高錳鋼、低碳鋼、合金鋼、灰口鑄鐵、球墨鑄鐵等公知鋼鐵。所述材料鑄型是耐磨鑄件，如錘頭、滾筒、軋鋼導(dǎo)衛(wèi)板。在澆注與冷卻的過程中，熔化的金屬液滲透進(jìn)入金屬元素粉的空隙內(nèi)，在基體金屬的熱作用下，基體金屬液與金屬元素粉發(fā)生冶金化合結(jié)合，同時使混合金屬元素粉發(fā)生自蔓延反應(yīng)生成高硬度、高抗磨相，制成以高韌性、高強(qiáng)度的金屬為基體，內(nèi)含不同梯度的自蔓延生成耐磨相的梯度復(fù)合耐磨材料，其錐度型碳鋼管中的金屬粉末與基體金屬之間呈冶金與擴(kuò)散結(jié)合，同時，金屬粉末之間也發(fā)生自蔓延反應(yīng)。采用該方法制造的復(fù)合耐磨材料，其中含有高強(qiáng)度、高強(qiáng)韌的鋼基體和高溫高耐磨性的硬質(zhì)相，該硬質(zhì)相在基體內(nèi)自蔓延反應(yīng)生成，并與金屬基體之間形成冶金結(jié)合，使耐磨件的表面既具有鋼基體的高強(qiáng)度和高韌性的性能，又具有硬質(zhì)相的耐磨性等性能，使得耐磨件表面能夠同時承受高壓和高溫下的強(qiáng)烈摩擦，能夠增加使用壽命。本發(fā)明提供的梯度復(fù)合耐磨材料具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)由于錐度碳鋼管內(nèi)填充了經(jīng)機(jī)械合金化的混合金屬元素粉，在基體金屬液的高溫作用下，碳鋼發(fā)生熔解，使金屬液鑄滲進(jìn)入混合金屬元素粉的空隙中，導(dǎo)致基體金屬液與混合金屬元素粉發(fā)生冶金化合反應(yīng)，同時在基體金屬液的熱能作用下，點(diǎn)燃了混合金屬元素粉的自蔓延反應(yīng)析出大量彌散的耐磨相，使混合金屬元素粉發(fā)生自蔓延反應(yīng)生成高硬度、 高抗磨相，制成以高韌性、高強(qiáng)度的金屬為基體，內(nèi)含一定數(shù)量的自蔓延生成耐磨相的梯度復(fù)合材料。由于基體金屬與混合金屬元素粉的冶金結(jié)合，解決了界面結(jié)合弱的問題，同時自蔓延生成的耐磨相，解決了其耐磨性能，實現(xiàn)了耐磨性與高韌性的結(jié)合，提高了梯度復(fù)合耐磨材料的整體性能；所得梯度復(fù)合耐磨材料能夠同時承受高壓和強(qiáng)烈磨損，具有使用壽命長、生產(chǎn)簡單等特點(diǎn)；
(2)混合金屬元素粉可根據(jù)工件的使用要求進(jìn)行配比，成分可調(diào)，使用范圍廣；
(3)由于混合金屬元素粉的純度較高，因此不會在熔解凝固過程中產(chǎn)生夾雜、氣孔等缺
陷；
(4)本發(fā)明的梯度復(fù)合成型工藝可控性高、成品率高、生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，便于大規(guī)模生
產(chǎn)；
(5)耐磨相為自蔓延反應(yīng)生成，避免了機(jī)械復(fù)合等工藝過程中經(jīng)常出現(xiàn)的開裂現(xiàn)象和使用過程中的脫落失效問題；
(6)根據(jù)耐磨件的使用工況，可以調(diào)節(jié)耐磨相在基體中的比例及分布情況；
(7)根據(jù)耐磨件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可實現(xiàn)區(qū)域、表面及整體復(fù)合。


圖1是實施例1梯度復(fù)合耐磨軋鋼導(dǎo)衛(wèi)板的結(jié)構(gòu)示意圖2是實施例1梯度復(fù)合耐磨軋鋼導(dǎo)衛(wèi)板的梯度復(fù)合耐磨材料部分的剖面圖； 圖3是實施例2梯度復(fù)合耐磨滾筒的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是實施例2梯度復(fù)合耐磨滾筒的梯度復(fù)合耐磨材料部分的剖面圖； 圖5是實施例3梯度復(fù)合耐磨錘頭的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是實施例3梯度復(fù)合耐磨錘頭的梯度復(fù)合耐磨材料部分的剖面圖； 圖中1、6、11為裝有機(jī)械合金化粉末的錐度碳鋼管，2為軋鋼導(dǎo)衛(wèi)板型腔，3為軋鋼導(dǎo)衛(wèi)板砂型，4為軋鋼導(dǎo)衛(wèi)板基體，5為軋鋼導(dǎo)衛(wèi)板耐磨相，7為滾筒型腔內(nèi)，8為滾筒砂型，9為滾筒基體，10為滾筒耐磨相，12為錘頭型腔，13為錘頭砂型，14為錘頭基體，15為錘頭耐磨相。
具體實施例方式下面結(jié)合具體的實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍不局限于這些實施例。實施例1
如圖1和2，將目數(shù)為200目的金屬元素粉分別填充在錐度為10°、大端直徑為5mm、 壁厚為0.5mm錐度型碳鋼管中并壓實，其中，金屬元素粉為鈦粉與碳粉和鐵粉按2 :2:6 混合后的機(jī)械合金化粉；再將錐度碳鋼管1交錯以網(wǎng)狀放置于以樹脂砂鑄造工藝制成的軋鋼導(dǎo)衛(wèi)板型腔2內(nèi)至金屬元素粉總量占耐磨材料總體積的30%，然后將熔化的達(dá)1560°C的高錳鋼Mnl3澆入軋鋼導(dǎo)衛(wèi)板型腔內(nèi)至澆滿為止，然后自然冷卻至室溫，即得到TiC為耐磨相5、高錳鋼為基體4的梯度復(fù)合耐磨軋鋼導(dǎo)衛(wèi)板。實施例2如圖3和4，將目數(shù)為200目的金屬元素粉分別填充在錐度為10°、大端直徑為5mm、 壁厚為0.5mm錐度型碳鋼管中并壓實，其中，金屬元素粉為鈮粉與碳粉和鐵粉按3 :3:4 混合后的機(jī)械合金化粉；再將錐度碳鋼管6交錯以網(wǎng)狀放置于以樹脂砂鑄造工藝制成的滾筒型腔內(nèi)7至金屬元素粉總量占耐磨材料總體積的20%，然后將熔化的達(dá)1560°C的低碳鋼澆入滾筒型腔內(nèi)至澆滿為止，然后自然冷卻至室溫，即得到NbC為耐磨相10、低碳鋼為基體 9的梯度復(fù)合耐磨滾筒。實施例3
如圖5和6，將目數(shù)為300目的金屬元素粉分別填充在錐度為20°、大端直徑為1mm、壁厚為Imm錐度型碳鋼管中并壓實，其中，金屬元素粉為鋯、釩粉任意混合后與碳粉和鐵粉按 4:4: 2混合的機(jī)械合金化粉；再將錐度碳鋼管11交錯以網(wǎng)狀放置于以樹脂砂鑄造工藝制成的錘頭型腔12內(nèi)至金屬元素粉總量占耐磨材料總體積的50%，然后將熔化的合金鋼澆入錘頭型腔內(nèi)至澆滿為止，然后自然冷卻至室溫，即得到VC和ZrC為耐磨相15、合金鋼為基體14的梯度復(fù)合耐磨錘頭。實施例4
將目數(shù)為100目的金屬元素粉分別填充在錐度為2°、大端直徑為15mm、壁厚為0. Imm 錐度型碳鋼管中并壓實，其中，金屬元素粉為體積比為1 1的鈦、釩粉混合后與碳粉和鐵粉按3 1 6混勻的機(jī)械合金化粉；再將錐度碳鋼管交錯以網(wǎng)狀放置于以樹脂砂鑄造工藝制成的軋鋼導(dǎo)衛(wèi)板型腔內(nèi)至金屬元素粉總量占耐磨材料總體積的40%，然后將熔化的灰口鑄鐵澆入軋鋼導(dǎo)衛(wèi)板型腔內(nèi)至澆滿為止，然后自然冷卻至室溫，即得到TiC和ZrC為耐磨相、灰口鑄鐵為基體的梯度復(fù)合耐磨軋鋼導(dǎo)衛(wèi)板。實施例5
將目數(shù)為200目的金屬元素粉分別填充在錐度為15°、大端直徑為10mm、壁厚為0.8mm 錐度型碳鋼管中并壓實，其中，金屬元素粉為鋯粉與碳粉和鐵粉按3 2 5混合后的機(jī)械合金化粉；再將錐度碳鋼管交錯以網(wǎng)狀放置于以樹脂砂鑄造工藝制成的滾筒型腔內(nèi)至金屬元素粉總量占耐磨材料總體積的20%，然后將熔化的球墨鑄鐵澆入滾筒型腔內(nèi)至澆滿為止， 然后自然冷卻至室溫，即得到ZrC為耐磨相、球墨鑄鐵為基體的梯度復(fù)合耐磨滾筒。
權(quán)利要求
1.一種梯度復(fù)合耐磨材料的制備方法，其特征在于經(jīng)過下列各步驟將金屬元素粉分別填充在錐度型碳鋼管中并壓實，再將錐度碳鋼管交錯以網(wǎng)狀放置于材料鑄型型腔內(nèi)至金屬元素粉總量占耐磨材料總體積的20 50%，然后將熔化的基體金屬澆入材料鑄型型腔內(nèi)至澆滿為止，然后自然冷卻至室溫，即得到梯度復(fù)合耐磨材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度復(fù)合耐磨材料的制備方法，其特征在于所述的金屬元素粉為鈦、鋯、鈮、釩粉中的一種或任意幾種與碳粉和鐵粉按實際所需的比例混合后的機(jī)械合金化粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度復(fù)合耐磨材料的制備方法，其特征在于所述的金屬元素粉末的目數(shù)為100 300目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度復(fù)合耐磨材料的制備方法，其特征在于所述錐度碳管的錐度為2 20°，大端直徑為1 15mm，壁厚為0. 1 1mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度復(fù)合耐磨材料的制備方法，其特征在于所述的基體金屬為高錳鋼、低碳鋼、合金鋼、灰口鑄鐵、球墨鑄鐵等公知鋼鐵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度復(fù)合耐磨材料的制備方法，其特征在于所述材料鑄型是耐磨鑄件。
全文摘要
本發(fā)明公開一種梯度復(fù)合耐磨材料的制備方法，其特征在于經(jīng)過下列各步驟將金屬元素粉分別填充在錐度型碳鋼管中并壓實，再將錐度碳鋼管交錯以網(wǎng)狀放置于材料鑄型型腔內(nèi)至金屬元素粉總量占耐磨材料總體積的20～50%，然后將熔化的基體金屬澆入材料鑄型型腔內(nèi)至澆滿為止，然后自然冷卻至室溫，即得到梯度復(fù)合耐磨材料。在基體金屬的熱作用下，基體金屬液與金屬元素粉發(fā)生冶金化合結(jié)合，同時使混合金屬元素粉發(fā)生自蔓延反應(yīng)生成高硬度、高抗磨相，制成以高韌性、高強(qiáng)度的金屬為基體，內(nèi)含一定數(shù)量的自蔓延生成耐磨相的梯度復(fù)合材料。制造的梯度復(fù)合耐磨材料能夠同時承受高壓和強(qiáng)烈磨損，具有使用壽命長、生產(chǎn)簡單等特點(diǎn)。
文檔編號B22D19/16GK102489687SQ20111043109
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者盧德宏, 周榮, 周榮鋒, 李祖來, 蔣業(yè)華, 陳志輝 申請人:昆明理工大學(xué)