此專利申請(qǐng)享有的優(yōu)先權(quán)依據(jù)為：uspto專利申請(qǐng)?zhí)枮?4/312,215，申請(qǐng)日期為2014年6月23日。本發(fā)明涉及合金材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體地說涉及一種耐磨合金材料的生產(chǎn)流程和方法，更精準(zhǔn)的說，一種比現(xiàn)有合金材料更輕更耐磨的合金材料的生產(chǎn)流程和方法。
背景技術(shù)：
：在很多領(lǐng)域中，設(shè)備和機(jī)械部件的嚴(yán)重磨損都是不可避免的，比如建筑、礦產(chǎn)、以及工業(yè)生產(chǎn)。為了延長(zhǎng)使用壽命，這些部件可以用耐磨材料制作。這些耐磨材料展現(xiàn)出特出的性能，能承受一種或多種的磨損，包括但不僅限于：磨損、應(yīng)力、沖擊、疲勞和腐蝕。多年來，圍繞著耐磨材料的生產(chǎn)進(jìn)行的研究和探索逐步受到更多的關(guān)注，新的應(yīng)用也被發(fā)現(xiàn)。這些材料被普遍應(yīng)用于工業(yè)或建筑設(shè)備中，包括復(fù)合錘頭，襯板，顎板，斗齒、螺旋葉片，攪拌機(jī)，鏟，攤鋪機(jī)，這些只是幾個(gè)例子。耐磨材料也應(yīng)用于復(fù)合管和軋輥機(jī)械零件。此外，隨著對(duì)這些耐磨材料的生產(chǎn)過程的不斷改進(jìn)和優(yōu)化，它們也將獲得普及并在其它環(huán)境中得到使用。事實(shí)上，業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì)，耐磨材料市場(chǎng)將在未來十年及以后穩(wěn)步增長(zhǎng)。這種增長(zhǎng)將由世界不斷上升推動(dòng)人口和相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的需求來推動(dòng)，然后導(dǎo)致對(duì)能源，鐵路，公路，交通，住房，等等的進(jìn)一步需求。進(jìn)而引發(fā)對(duì)施工和工業(yè)設(shè)備和零部件，包括耐磨材料的巨大需求。例如，僅在2009年，超過1500萬噸耐磨材料用以生產(chǎn)挖掘機(jī)斗齒，超過16萬噸耐磨材料卻被用于排污泵部件和管道。然而，現(xiàn)有的耐磨材料并不能表現(xiàn)出令人滿意的耐磨特性，特別是在苛刻環(huán)境下。當(dāng)易損件失效或需要更換時(shí)，整個(gè)生產(chǎn)線都可能被關(guān)閉。所以，損失的不僅是更換部件帶來的直接損失，更是減產(chǎn)或停產(chǎn)導(dǎo)致的巨大間接虧損。耐磨材料的性能，壽命和價(jià)格是評(píng)估和選擇耐磨材料和相應(yīng)耐磨部件的三個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)。隨著對(duì)耐磨部件需求的增加以及生產(chǎn)加工科技的進(jìn)步，對(duì)更廉價(jià)，更持久，以及更耐磨的材料需求也將持續(xù)增長(zhǎng)。相應(yīng)的，耐磨材料的生產(chǎn)方式和方法也能獲益于更先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和加工科技。尤其是，如今的社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)于更先進(jìn)的科技和材料的需求，包括對(duì)材料，部件和設(shè)備更加廉價(jià)，更加持久，以及更加耐磨的需求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明公開了一種耐磨合金材料的生產(chǎn)方式和方法，一方面，這種耐磨材料的一種生產(chǎn)過程可以包括通過對(duì)第一組材料的混合得到的第一組混合物。一種方案，第一組的材料可以包括二氧化鋯，氧化鋁，以及任選地，氧化鈣和氧化釔中的至少一種。另一方面，此過程還可以包括把第一種混合物破碎成某一特定直徑大小的小粒徑顆粒。這些小粒徑顆?？梢耘c第二組材料混合得到第二組混合物。一種方案，第二組材料可以包括碳，鉻，和鐵。另一種方案，第二組材料可以還包含鎳，錳和鈦。還有一方面，第二組混合物可以用液態(tài)金屬澆筑得到第三組混合物。在一些方案中，第三組混合物可以接下來被擱置一定的時(shí)間直到冷卻成固態(tài)。另一種方案，第三組混合物可以進(jìn)行熱處理工藝變成耐磨材料。此次公開的其它目的和優(yōu)點(diǎn)一部分將在接下來的闡述中展現(xiàn)，一部分將通過闡述后顯而易見的拓展中體現(xiàn)，又或者通過對(duì)本次公開的實(shí)踐中得知。此次空開的目的和優(yōu)點(diǎn)可以通過特別指出的附屬專利要求的單個(gè)以及組合中實(shí)現(xiàn)和獲得。但應(yīng)該理解的是，不論是前面的簡(jiǎn)要概述還是后面的詳細(xì)描述，都僅是對(duì)專利要求進(jìn)行的舉例和解釋的說明性質(zhì)，并非是對(duì)專利要求施加限制。詳述里用到的附圖展示了幾個(gè)方案，與此詳述一同，是用于解釋說明此次公開的原理。附圖說明圖1為本發(fā)明一種參考方案中的生產(chǎn)流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例生產(chǎn)流程中混合物200的一種參考方案；圖3為本發(fā)明實(shí)施例生產(chǎn)流程中混合物310的一種參考方案；圖4為本發(fā)明實(shí)施例生產(chǎn)流程中一個(gè)壓縮形態(tài)的一種參考方案。具體實(shí)施方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本文公開的是一種耐磨材料生產(chǎn)的方式和方法的多種方案。盡管這里描述的方案和方法主要針對(duì)發(fā)展建筑、礦業(yè)、和工業(yè)領(lǐng)域中耐磨材料的應(yīng)用，該技術(shù)還可以應(yīng)用于其他環(huán)境下，例如住宅、商業(yè)環(huán)境、或者部件和設(shè)備受到磨損的其它環(huán)境。某些參考方案會(huì)有詳細(xì)的引用，其實(shí)例在附圖中體現(xiàn)。任何許可的情況下，圖中，相同的引用標(biāo)號(hào)都指代相同或類似的物品。圖1是一種參考方案，描繪了生產(chǎn)耐磨材料的一種方法。一方面，該方法包括混合、加熱、和冷卻的一系列步驟。步驟110，可以使用第一組材料(以下簡(jiǎn)稱‘a(chǎn)組’材料)。一種方案，a組材料可包括氧化鋯(zro2)、氧化鋁(al2o3)、以及氧化鈣(cao)和氧化釔(y2o3)中的一種或兩種。另一種方案，a組材料可以包含二氧化鋯、氧化鋁、氧化鈣、以及氧化釔中的一種或多種，但不需要包含所有的。在其它的方案中，a組材料也可以包含相應(yīng)的替代材料或額外的材料。步驟115，可以把a(bǔ)組材料送入混合器中混合均勻，得到混合物200(如圖2，后面會(huì)詳細(xì)介紹)。一方面，在混合物200里，a組材料中的各成分的質(zhì)量百分比可以是表格1中的百分比范圍。另一方面，a組材料中的各成分的百分比可以有一種，或多種比表格1中的相應(yīng)百分比高、或者低。表格1材料zro2al2o3cao和y2o3中的一種或兩種質(zhì)量百分比(％)38.8-39.358.3-58.91.8-2.9盡管一些方案里，混合物200可包括一些氧化鈣和氧化釔的組合，可替代的方案里也可以不同時(shí)含有氧化鈣和氧化釔。另一方面，混合器可以包含任何合適的，用以均勻混合a組材料的混合機(jī)。例如，混合器可以包含一臺(tái)pmh1/pml1實(shí)驗(yàn)室行星式捏合機(jī)。a組材料可以是固態(tài)形態(tài)下送入混合器?；蛘?，a組材料中的一種或多種成分可以在液態(tài)形態(tài)下送入混合器。其它的方案里，a組材料可以按一定順序送入混合器。例如，可以先把氧化鋁送入混合器，然后把氧化鋯送入混合器，接著把氧化鈣(cao)和氧化釔(y2o3)中的一種或兩種送入混合器。當(dāng)然，a組材料中的成分可以按任意適當(dāng)?shù)捻樞蛩腿牖旌掀?，這里舉的例子僅供參考?；蛘撸梢园岩环N或多種a組材料中的成分同時(shí)送入混合器。步驟120，可以將混合物200進(jìn)行加熱步驟。一種方案，可以用電弧爐對(duì)混合物200進(jìn)行加熱、融化。電弧爐可以包含的種類，例如一個(gè)交流電的電弧爐。當(dāng)然，電弧爐只是一個(gè)對(duì)混合物200進(jìn)行加熱、融化的裝置的示例，任何合適的裝置都可以用在步驟120。例如，可以用一臺(tái)加熱裝置或爐子對(duì)混合物200進(jìn)行預(yù)熱，可以用一個(gè)或多個(gè)加熱裝置或爐子對(duì)混合物200進(jìn)行融化。一方面，不論對(duì)混合物200進(jìn)行的加熱、融化是用一個(gè)步驟還是多個(gè)步驟，是用一個(gè)還是多個(gè)加熱設(shè)備或爐子，混合物200可以被加熱到大約2730攝氏度(4946華氏度)。當(dāng)然，這個(gè)范圍僅供參考，混合物200可以被加熱、融化到任意適當(dāng)?shù)臏囟?，包括?730攝氏度(4946華氏度)高或低。步驟120之后，混合物200可以在步驟125被降溫固體化。一種方案，混合物200可以被自然冷卻?；蛘撸梢杂靡环N或多種裝置給混合物200降溫。另一種方案，可以把混合物200降溫到大約21攝氏度(70華氏度)，即大約在室溫。當(dāng)然，這個(gè)溫度僅供參考，可以把混合物降溫到任意適當(dāng)?shù)臏囟仁沟没旌衔?00固體化，包括21攝氏度(70華氏度)到30攝氏度(86華氏度)之間。其它的方案，可以把混合物200降溫到低于21攝氏度(70華氏度)，包括0攝氏度(32華氏度)以下。步驟130，可以把混合物200進(jìn)行破碎步驟。一方面，可以用破碎設(shè)備把混合物200破碎成小粒徑顆粒。例如，可以用一臺(tái)小型陶瓷顎式破碎機(jī)進(jìn)行破碎步驟。當(dāng)然，這里的顎式破碎機(jī)僅供參考，任意適當(dāng)?shù)目梢詫?duì)混合物200進(jìn)行破碎的設(shè)備都可以用在步驟130。例如，一臺(tái)破碎設(shè)備可以用來對(duì)混合物200進(jìn)行初步破碎，然后可以用一臺(tái)或多臺(tái)破碎設(shè)備對(duì)混合物200進(jìn)行進(jìn)一步的破碎，得到需要的顆粒尺寸。另一方面，得到的小粒徑顆粒的平均半徑可以大約在1毫米左右。當(dāng)然，這個(gè)尺寸僅供參考，可以把混合物200破碎成任意適當(dāng)?shù)某叽?，包括半徑?.5毫米到2毫米之間。其它的方案，可以把混合物200破碎成半徑大于2毫米，或小于0.5毫米的顆粒。步驟135，可以使用第二組材料(以下簡(jiǎn)稱’b組’材料)。一種方案，b組材料可以包括錳(mn)，鈦(ti)，碳(c)，鉻(cr)，鐵(fe)和鎳(ni)。另一種方案，b組材料可以包含錳，鈦，碳，鉻，鐵和鎳中的一種或多種，但不能同時(shí)包含所有的。其它的方案中，b組材料可以包含相應(yīng)的替代材料或額外的材料。一種方案，b組材料中的各成分的質(zhì)量百分比可以是表格2中的百分比范圍。另一種方案，b組材料中的各成分的百分比可以有一種，或多種比表格2中的相應(yīng)百分比高、或者低。表格2材料mnticcrfeni質(zhì)量百分比(％)112-325-3850-580-20步驟140，可以將b組材料送入混合器，與混合物200小粒徑顆粒均勻混合，得到混合物300。一種方案，混合器可以包含任意適當(dāng)?shù)幕旌蠙C(jī)，對(duì)b組材料和混合物200小粒徑顆粒進(jìn)行均勻混合。例如，混合器可以包含一臺(tái)pmh1/pml1實(shí)驗(yàn)室行星式捏合機(jī)。一些方案中，步驟115中使用的混合器可以同樣適用于步驟140。其它方案，步驟140可以使用一個(gè)或多個(gè)相似的混合器或額外的混合器。b組材料可以是固體狀態(tài)送入混合器?；蛘撸琤組材料中的一種或多種成分可以是液態(tài)的形式送入混合器。還有一種方案，b組材料與混合物200小粒徑顆?？梢园匆欢ǖ捻樞蛩腿牖旌掀鳌Ｅe例說明，b組材料可以按照這樣的先后順序送入混合器：鐵，鉻，碳，鈦，錳，和鎳。然后把混合物200小粒徑顆粒送入混合器。當(dāng)然，此順序僅供參考。b組材料可以按任意適當(dāng)?shù)捻樞蛩腿牖旌掀?，這里給出的順序僅為一種參考方案?；蛘?，b組材料中的一種或多種成分可以同時(shí)送入混合器。另一方面，b組材料與混合物200小粒徑顆?？梢园创蠹s相同的質(zhì)量百分比混合，即，b組材料的質(zhì)量等于混合物200小粒徑顆粒的質(zhì)量。其它方案，混合物300中，a組材料的質(zhì)量大于b組材料的質(zhì)量?；蛘?，混合物300中，b組材料的質(zhì)量大于a組材料的質(zhì)量。步驟145，可以向混合物300中加入液態(tài)石蠟生成混合物310(如圖3所示，詳細(xì)描述見下文)。當(dāng)然，液態(tài)石蠟只是一個(gè)作為可以將混合物粘合在一起的‘粘合劑’的例子，步驟145中可以使用任意一種或多種適用的材料。在其余的方案中，可以使用固態(tài)的石蠟。與步驟115和140類似，用于將混合物300與石蠟混合在一起的混合器可以包含一臺(tái)pmh1/pml1實(shí)驗(yàn)室行星式捏合機(jī)。在一些方案中，步驟145中可以使用與步驟115和步驟140相同的混合機(jī)。其余的方案中，步驟145中可以使用一種或多種可替代的混合器，或者額外的混合器。步驟150中，可以將混合物310進(jìn)行一個(gè)壓縮步驟。一種方案中，可以使用液壓機(jī)器對(duì)混合物310進(jìn)行壓縮處理。當(dāng)然，液壓機(jī)器只是一個(gè)可以用來壓縮混合物310的示例，步驟150中可以使用任意一種或多種合適的器械。例如，可以用一種款型的器械或盒子盛放混合物310，再用一個(gè)或多個(gè)額外的壓縮器械或壓縮機(jī)器對(duì)混合物310進(jìn)行壓縮處理。一方面，不論是用一個(gè)步驟還是多個(gè)步驟，一個(gè)還是多個(gè)壓縮器械或壓縮機(jī)器，對(duì)混合物310進(jìn)行塑形和壓縮工藝，可以在約為100噸的壓力下對(duì)混合物310進(jìn)行壓縮工藝。當(dāng)然，這個(gè)壓力值僅供參考，可以在任何適當(dāng)?shù)膲毫ο聦?duì)混合物310進(jìn)行壓縮工藝，包括大于100噸左右并且小于200噸左右的壓力值。其余的方案中，可以在小于100噸的壓力值下對(duì)混合物310進(jìn)行壓縮工藝。另一方面，可以把混合物310壓縮處理成蜂窩狀的結(jié)構(gòu)。一種方案中，這個(gè)蜂窩狀結(jié)構(gòu)可以直徑約為25mm，相互間距約為30mm的圓柱形孔洞(如圖4所示，詳情見下文)。當(dāng)然，這個(gè)直徑和相互間距僅供參考，混合物310可以被壓縮處理成任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，并且這些結(jié)構(gòu)可以包含任何適當(dāng)直徑以及適當(dāng)尺寸的相互間距，只要使往蜂窩里澆筑的液體(如下所述)能與混合物310均勻混合。一些方案中，混合物200(如圖2所示)的密度可以小于液態(tài)鋼。所以未經(jīng)步驟150壓縮處理的混合物310用鋼水澆筑后，混合物310可能會(huì)分離，混合物200的固態(tài)小粒徑顆粒380(如圖3所示)可能會(huì)漂浮到混合物的表面。當(dāng)混合物310被壓縮處理成蜂窩狀的結(jié)構(gòu)，其中的孔洞不僅可以盛放所有的混合成份，還有助于蜂窩內(nèi)的澆筑液體的均勻混合。替代方案中，可以講混合物310壓縮處理成任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，可以包含也可以不包含孔洞。進(jìn)一步的方案中，不同于把混合物310壓縮處理成有孔洞的結(jié)構(gòu)，可以將混合物310壓縮處理成表面有凹坑或一些其它紋理的結(jié)構(gòu)。步驟155中，可以將壓縮處理好的混合物310放入砂箱中澆筑。當(dāng)然，砂箱只是一種用于對(duì)混合物310進(jìn)行澆筑的設(shè)備，步驟155中可以使用任何適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)或多個(gè)設(shè)備。一種方案中，可以用液態(tài)高鉻鋼或者液態(tài)高錳鋼對(duì)混合物310進(jìn)行澆筑產(chǎn)生混合物320。替代方案中，混合物310可以用一些其他材料進(jìn)行澆筑產(chǎn)生混合物320.澆筑后，可以把混合物320擱置一定時(shí)間。一種方案，可以把高溫澆筑產(chǎn)生的混合物320置于恒溫室中放置大約1個(gè)小時(shí)。另一種方法，可以把混合物320擱置大約3個(gè)小時(shí)以內(nèi)，40分鐘以上。當(dāng)然，這些擱置時(shí)間僅供參考，可以把混合物320擱置任意適當(dāng)?shù)臅r(shí)間。步驟155之后，可以在步驟160中把澆筑得到的混合物320冷卻固態(tài)化。一種方案，混合物320可以被自然冷卻?；蛘?，可以用任意一個(gè)或多個(gè)設(shè)備冷卻混合物320。另一種方案中，澆筑得到的混合物320可以被冷卻到大約21攝氏度(70華氏度)，即室溫。當(dāng)然，這個(gè)溫度僅供參考，混合物320可以冷卻到任意適當(dāng)?shù)墓虘B(tài)化溫度，包括在21攝氏度(70華氏度)與30攝氏度(86華氏度)之間的溫度。進(jìn)一步的方案中，澆筑得到的混合物320可以冷卻到低于21攝氏度(70華氏度)的溫度，包括低于0攝氏度(32華氏度)的溫度。步驟165中，可以對(duì)混合物320進(jìn)行熱處理工藝。具體表現(xiàn)為，一個(gè)加熱和冷卻的工藝處理，通過改變混合物320的晶體結(jié)構(gòu)得到期望的一個(gè)或多個(gè)物理上、機(jī)械上的屬性。熱處理的溫度，時(shí)間，和熱處理后的冷卻速度都可能會(huì)影響到混合物的屬性。在其它的體現(xiàn)中，熱處理工藝還可能增強(qiáng)混合物320的強(qiáng)度、硬度、韌性和耐腐蝕性。圖2展示了前文所述的對(duì)應(yīng)圖1的混合物200的一種參考方案。如上所述，混合物200可以包含氧化鋯210，氧化鋁220，以及氧化鈣或氧化釔230中的一種或兩種。其它的方案中，混合物200可以包含氧化鋯，氧化鋁，氧化鈣，氧化釔中的一種或多種，但不同時(shí)全部包含。進(jìn)一步的方案中，a組材料可以包含替代材料或者額外的材料。圖3展示了前文所述的對(duì)應(yīng)圖1的混合物310的一種參考方案。如上所述，混合物310可以包含鐵330，鎳340，錳350，鈦360，碳370，鉻380，和混合物200。特別的是，混合物200可以是以固態(tài)小粒徑顆粒390的形式與混合物310中的其它材料混合?；旌衔?10可以還包括石蠟395。圖4展示了前文所述的對(duì)應(yīng)圖1的一個(gè)壓縮形態(tài)的一種參考方案。如上文所述，蜂窩狀結(jié)構(gòu)400可以大致上是一個(gè)方體或圓柱體。另外，混合物310的壓縮結(jié)構(gòu)可以包含也可以不包含孔洞410，如上文所述。還可以加入額外的特征來增強(qiáng)所述的制作系統(tǒng)和方法的功能。例如，制作系統(tǒng)和方法可以對(duì)前文提到的混合、加熱、冷卻、破碎、壓縮、澆筑、和熱處理步驟的一項(xiàng)或多項(xiàng)進(jìn)行進(jìn)一步的步驟分拆設(shè)計(jì)，從而達(dá)到提高生產(chǎn)速度，降低生產(chǎn)設(shè)備壓力，和增加產(chǎn)量的效果。另外，a組材料、b組材料、混合物200、混合物300、以及混合物310中可以加入替代材料或者額外的材料，從而影響得到的耐磨材料的屬性。前文所述的制作系統(tǒng)和方法的其他方案都可以通過對(duì)本次揭露詳述的學(xué)習(xí)思考和練習(xí)應(yīng)用中領(lǐng)悟。詳述和示例都是僅供參考，本次的揭露的真正的范圍和精神體現(xiàn)在后面的專利保護(hù)要求中。當(dāng)前第1頁12