可用作用于水泥和采礦業(yè)的耐磨部件的金屬基質(zhì)復(fù)合材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明通常設(shè)及鑄造金屬基質(zhì)復(fù)合材料、其用途及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 耐磨部件（磨損部件）被用于諸如水泥和采礦業(yè)的許多工業(yè)中。為了提高效率， 用作耐磨部件的金屬基質(zhì)復(fù)合材料必須符合幾個要求。耐磨部件通常在旨在粉碎和研磨固 體材料的采礦設(shè)備中實施。因此，它們必須表現(xiàn)出對在它們的使用過程中所經(jīng)受的沖擊和 磨損的良好抵抗力。初性材料顯示出改善的耐沖擊性，但是低的耐磨損性，而硬質(zhì)耐磨損材 料提供了令人滿意的耐磨損性，但是低的耐猛烈沖擊性。因此，至關(guān)重要的是開發(fā)一種在耐 磨損性和耐沖擊性之間顯示出良好平衡的鑄造金屬基質(zhì)復(fù)合材料。此外，耐磨部件是設(shè)及 其頻繁更換的耗材。必要的是使得運些耐磨部件的更換間隔開、方便并且成本更低。耐磨 部件的生產(chǎn)成本必須是低的W用于在工業(yè)中實施。 陽00引技術(shù)問題
[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種可用作用于水泥和采礦業(yè)的耐磨部件（耐磨零件，磨損 部件，wear part)的增強的鑄造金屬基質(zhì)復(fù)合材料。本發(fā)明還旨在提供顯示出延長的服務(wù) 壽命的耐磨部件，其具有高的產(chǎn)率同時具有低的生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽0化]根據(jù)本發(fā)明的鑄造金屬基質(zhì)復(fù)合材料包括兩個不同的部分，即：
[0006] -一個或多個陶瓷塊狀物（ceramic cake)，包括：Al2〇3、Zr〇2、鐵類金屬（含鐵金 屬，鐵金屬，黑色金屬，ferrous metal)和TiC，
[0007] -W及金屬基質(zhì)，包括：鐵類金屬和TiC。
[0008] 本發(fā)明的一個方面提供了一種鑄造金屬基質(zhì)復(fù)合材料，其在陶瓷部分和金屬基質(zhì) 中均包含TiC。
[0009] 陶瓷塊狀物相當于鑄造金屬基質(zhì)復(fù)合材料的硬質(zhì)材料。陶瓷塊狀物在被包含在金 屬基質(zhì)內(nèi)之前預(yù)先形成。由于它們的組成包括特別是TiC和無機化合物（Al2〇3和Zr〇2)的 混合物，因此運些陶瓷塊狀物顯示出高的硬度。
[0010] 金屬基質(zhì)包括鐵類金屬和TiC。TiC的存在允許增強金屬的基質(zhì)。事實上，本發(fā)明 的發(fā)明人已注意到，利用TiC增強金屬基質(zhì)允許獲得在金屬基質(zhì)中的陶瓷塊狀物的更好的 抵抗力。運意味著，陶瓷塊狀物更強地保持在金屬基質(zhì)內(nèi)，并因此在經(jīng)受使用條件時更難從 其去除。事實上，TiC在金屬基質(zhì)中的存在增加了其硬度，但不影響斷裂初性。因此，所獲 得的材料是更加耐磨的而不增加裂化的風(fēng)險。此外，本發(fā)明的發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，當金屬基 質(zhì)還包含TiC時改善了陶瓷化合物（Al2〇3和Zr〇2)的插入。
[0011] 本發(fā)明的另一個方面設(shè)及用于制備鑄造金屬基質(zhì)復(fù)合材料的方法。根據(jù)本發(fā)明的 金屬基質(zhì)復(fù)合材料通過鑄造過程制備。因為其經(jīng)濟且易于實施，因此運樣的過程提供了幾 個優(yōu)點。此外，TiC在陶瓷塊狀物內(nèi)的形成發(fā)生在鑄造過程期間，即在金屬基質(zhì)的誘注步驟 期間。在陶瓷塊狀物上加入烙融的金屬基質(zhì)導(dǎo)致TiC在陶瓷塊狀物內(nèi)的形成。事實上，鐵 和碳是非?；钚缘慕M分并且當將它們在高于約llOOC的溫度下混合時導(dǎo)致TiC的產(chǎn)生。所 獲得的TiC顆粒顯示出小于或等于約30微米的直徑/尺寸。此外，運些顆粒被均勻地分布 在金屬基質(zhì)中。TiC顆粒的形成導(dǎo)致所獲得的材料的強度、應(yīng)變和硬度的增加，運進而允許 提高其服務(wù)壽命和其耐磨性。
[0012] 在運種情況下，必須注意的是，不可能在金屬基質(zhì)內(nèi)直接添加運類TiC顆粒（即具 有相同的直徑尺寸）且同時受益于相同的效果。事實上，即使添加該尺寸的顆粒，它們也會 凝結(jié)并且金屬不會W由本發(fā)明的方法所提供的方式覆蓋它們。運種凝結(jié)和不適當?shù)母采w對 耐磨材料的性能將是有害的。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的制備方法優(yōu)選包括預(yù)先形成陶瓷塊狀物的步驟，接著是鑄造金屬基 質(zhì)的步驟。尤其是，制備方法因此可包括W下步驟：
[0014] (a)通過W下夾制備一個或《個翩瓷塊狀物： 陽〇1引-混合Al2〇3、Zr〇2、FeTi、石墨和粘合劑，
[0016]-將所獲得的混合物填充在一個或多個預(yù)成型模具中，
[0017]-加熱和固化該混合物，
[0018] -從所述一個或多個預(yù)成型模具中除去所獲得的（預(yù)成型的）陶瓷塊狀物，
[0019]-將所述混合物冷卻至室溫，
[0020] 化)通過W下將一個或《個翩瓷塊狀物鎊推成復(fù)合材料：
[0021] -將（預(yù)成型的）陶瓷塊狀物放置在一個或多個樹脂型模具中，
[0022] -關(guān)閉所述一個或多個樹脂型模具，
[0023] -烙融包括鐵類金屬的金屬W及鐵鐵（ferrotitanium)和石墨W便獲得包括TiC 的金屬的合金，
[0024]-將金屬的合金誘注到所述一個或多個樹脂型模具中， 陽0巧]-獲得鑄造金屬基質(zhì)復(fù)合材料。
[00%] 本發(fā)明的另一個方面設(shè)及一種制品，包括根據(jù)本發(fā)明的鑄造金屬基質(zhì)復(fù)合材料的 使用并且特別是耐磨部件。
【附圖說明】
[0027] 現(xiàn)在將通過舉例的方式并參考附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，其中：
[0028] 圖1示出了具有蜂窩形狀的陶瓷塊狀物。
[0029] 圖2示出了在誘注金屬基質(zhì)之前具有蜂窩形狀的陶瓷塊狀物的細節(jié)。
[0030] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的鑄造金屬基質(zhì)復(fù)合材料的視圖，其中陶瓷塊狀物包含在 金屬基質(zhì)中。
[0031] 圖4示出了包括合適形狀的陶瓷塊狀物和金屬基質(zhì)的部分（部件，portion),即適 于插入到另外的金屬層內(nèi)。
[0032] 圖5示出了本發(fā)明的一個【具體實施方式】，其中鑄造金屬基質(zhì)復(fù)合材料的部分（如 圖4的那些部分）包含在另外的（優(yōu)選初性的）金屬內(nèi)。圖5A示出了運個實施方式，其中 通過在（優(yōu)選初性的）金屬內(nèi)的透明度（透明性，transparency),所述部分是可見的。圖 5B是運個實施方式的另一視圖，其中包含在（優(yōu)選初性的）金屬內(nèi)的部分的部件是隱藏的。
[0033] 根據(jù)下面的幾個非限制性實施方式的詳細描述并參考附圖，本發(fā)明的進一步的細 節(jié)和優(yōu)點將是顯而易見的。
【具體實施方式】
[0034] 本發(fā)明提出了一種鑄造金屬基質(zhì)復(fù)合材料，其包括包含在金屬基質(zhì)內(nèi)的陶瓷塊狀 物。特別是，運種鑄造金屬基質(zhì)復(fù)合材料是通過在陶瓷塊狀物和金屬基質(zhì)中同時存在TiC 來增強的。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的鑄造金屬基質(zhì)包括：
[0036] -一個或多個陶瓷塊狀物，包括:Al2〇3、Zr〇2、鐵類金屬和TiC，W及
[0037] -金屬基質(zhì)，包括：鐵類金屬和TiC。
[0038] 存在于陶瓷塊狀物和金屬基質(zhì)中的TiC通過W下原位反應(yīng)來獲得：FeTi+C，其轉(zhuǎn) 換成化巧ic。通過在高溫下，即在高于約iioor的溫度下，接觸反應(yīng)物材料來獲得運種反 應(yīng)。
[0039] 有利的是使用TiC，因為它顯示出高于3000HV的非常高的硬度值并且在含鐵溶液 中是穩(wěn)定的。
[0040] 關(guān)于陶瓷塊狀物，必須注意的是，用于生產(chǎn)TiC的原位反應(yīng)僅發(fā)生在包括鐵類金 屬和TiC的金屬基質(zhì)誘注到陶瓷塊狀物上的時刻。當誘注金屬基質(zhì)時，包含鐵類金屬和TiC 的金屬基質(zhì)滲入到陶瓷塊狀物內(nèi)并填充陶瓷晶粒之間的間隙。因此，陶瓷塊狀物裝載有金 屬基質(zhì)。運導(dǎo)致TiC在陶瓷塊狀物內(nèi)的形成。結(jié)果，包含在陶瓷塊狀物內(nèi)的金屬基質(zhì)的重 量相當于陶瓷塊狀物的重量的四倍。
[0041] 因此，在誘注步驟之前，（預(yù)成型的）陶瓷塊狀物包括：412〇3、2'〇2、。611、石墨和粘 合劑。
[0042] 在陶瓷塊狀物內(nèi)使用粘合劑W便使陶瓷的晶粒聚集。在陶瓷塊狀物中使用的粘合 劑優(yōu)選可W是無機粘合劑。特別地，粘合劑可W選自包括娃酸鋼、膠體娃酸鹽或它們的混合 物的組。
[0043] 特別地，必須注意的是，膠體娃酸鹽的使用降低了所獲得的材料的吸濕性能，并且 因此避免了材料內(nèi)水分的增加。事實上，運是由于膠體娃酸鹽的結(jié)構(gòu)，其允許結(jié)合可能被水 分子占據(jù)的位點。與其他粘合劑相反，膠體娃酸鹽限制水（例如來自周圍空氣）被陶瓷塊 狀物吸收。因此，陶瓷塊狀物的強度不會降低，運防止了裂縫的形成。為了限制由粘合劑進 行的水吸收的效果，已知的方法需要盡可能快地使用陶瓷塊狀物。運樣的方法不允許大量 陶瓷塊狀物的預(yù)形成，因為它們不能在足夠長的時間期間被存儲。結(jié)果，使用膠體娃酸鹽作 為粘結(jié)劑代表了本發(fā)明的具有顯著優(yōu)點的優(yōu)選實施方式，因為可W在金屬基質(zhì)的實際誘鑄 之前準備好大量的陶瓷塊狀物，在延長的時間期間存儲且根據(jù)需要使用。
[0044] 根據(jù)本