氧化物陶瓷鐵基耐磨復合材料生產(chǎn)工藝研究

1、氧化物陶瓷鐵基耐磨復合材料生產(chǎn)工藝研摘 要 述氧化物陶瓷/鐵基耐磨復合材料的發(fā)展現(xiàn)狀，對 目前國內外氧化物陶瓷/鐵基耐磨復合材料的制備方法進行 分析，氧化物陶瓷/鐵基耐磨復合材料的研究方向應集中在 界面問題、陶瓷與金屬內部的復合結構形式、制備工藝綜述 氧化物陶瓷鐵基耐磨復合材料的發(fā)展現(xiàn)狀，對目前國內氧化 物陶瓷鐵基耐磨復合材料的制備方法進行描述及改進制備 工藝進行研究。關鍵詞氧化物；陶瓷；鐵基；復合材料；潤濕性中圖分類號tf12文獻標識碼a文章編號1674-6708(2014) 123-0135-020引言氧化物陶瓷/鐵基耐磨復合材料，氧化物陶瓷的特性有 機械強度高、耐磨性能好、耐腐蝕性好、熱

2、穩(wěn)定性好，缺點 是易碎裂、不易加工、驟冷驟熱性能不良。金屬合金材料加 工性能好、韌性好，但耐磨性能不良。如何把陶瓷的優(yōu)良特 性與金屬合金材料優(yōu)良特性結合起來，揚長避短，國內外都 做了大量的研究與實踐。因此，具有陶瓷的優(yōu)良特性及耐磨 性能，又具有金屬材料的優(yōu)良特性的耐磨復合材料被廣泛應 用于各種耐磨領域。這就需要把陶瓷與金屬復合到一起，但 現(xiàn)有的生產(chǎn)制作工藝復雜，對工藝裝備要求高，生產(chǎn)成本居 高不下，很難被多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)采用，因此，我們要研究一種 生產(chǎn)工藝來降低生產(chǎn)成本，能讓多數(shù)普通企業(yè)能用上高硬 度、高強度、高耐磨性、高韌性的復合材料。1背景磨損是零部件失效的一種基本類型，普遍存在于冶金、 礦山

3、、電力、機械、國防、軍工、航空航天等許多工業(yè)部門, 這造成了材料的極大浪費和能源的巨大消耗。據(jù)不完全統(tǒng) 計，目前國內每年消耗金屬耐磨材料高達600萬噸以上。以 上數(shù)據(jù)可知，提高機械設備及零部件的耐磨損性能，可以大 大減少能源消耗，提高生產(chǎn)效率。眾所周知，陶瓷具有很高 的耐磨損性能，而金屬具有良好的韌性。這些性能很難在同 一材料中協(xié)調一致，為了解決這一矛盾，使用氧化物陶瓷鐵 基耐磨復合材料是較好的選擇。2現(xiàn)行生產(chǎn)工藝現(xiàn)行生產(chǎn)工藝有幾大類：1）將制備好的氧化物陶瓷顆 粒與自熔性金屬合金粉末混合后（按一定比例）用油壓機或 等靜壓壓制成工藝所需的形狀，用高于自熔性金屬合金熔點 的溫度下，進行燒結；2）

4、將制備好的氧化物陶瓷顆粒與自 熔性金屬合金粉末混合燒結，是利用自熔性金屬合金與氧元 素結合能力的差異，將金屬從其氧化物中置換出來，形成氧 化物陶瓷/鐵基耐磨復合材料；3）將自熔性金屬合金熔液熔 滲到陶瓷預制體多孔之中。上述方法只能生產(chǎn)小型復合材料 塊，無法將復合材料復合到需要耐磨的部位，運用到礦山機 械、粉碎設備上難度很大。此工藝經(jīng)濟性稍差。3研究方向氧化物陶瓷鐵合金復合材料性能優(yōu)良，但與大型結構件 復合復合困難，制備過程比較復雜。雖然，現(xiàn)有工藝解決了 一些問題，在制作單個氧化物陶瓷鐵合金復合材料上等研究 取得了一定的進展，在實際應用領域但仍未開發(fā)出適合實際 的產(chǎn)品。因此，需要研究開發(fā)出適合的

5、新型制備工藝。我們 主要研究方向是如何將復合材料復合到需要耐磨的部位，運 用到礦山機械、粉碎設備上，重點在能降低成本、實現(xiàn)大規(guī) 模生產(chǎn)進行研究探討。4實施方法1）合金耐磨預制件制成工藝：將氧化物陶瓷顆粒與自 熔性合金粉末按比例用機械進行充分混合，依據(jù)用戶產(chǎn)品結 構不同設計不同的模具，在油壓機下將合金耐磨預制件壓制 制成特定形狀，如柱狀、條狀、塊狀、蜂窩狀等；2）冶金 工藝：將耐磨預制件置于用泡沫、塑料等高分子有機材料制 作的實體模具內用真空冶金鑄造工藝進行復合鑄造。利用金 屬母液的溫度將合金耐磨預制件燒制成型并與合金耐磨預 制件形成冶金結合面。該工藝設備投資小、工藝簡單、金屬 母體與耐磨預制件

6、冶金結合面良好。5工藝過程1）將粒徑為8目的氧化物陶瓷顆粒10%、粒徑為30目 的氧化物陶瓷顆粒39%、粒徑為60目的氧化錯陶瓷顆粒48% 與自熔性鐵基合金粉末7%,使用水溶性樹脂4%機械混合均 勻得混合物，放入油壓機中用模具壓制成型然后放入80° c 的烘箱中烘干得到耐磨預制件；2）將耐磨預制件在800°c的箱式爐中進行排膠；3）將排膠后的耐磨預制件涂抹硬釬劑；4）將涂抹硬釬劑的耐磨預制件置于用泡沫、塑料等高 分子有機材料制作成為與要生產(chǎn)鑄造的零件結構、尺寸完全 一樣的實體模具內；5）實體模具經(jīng)過浸涂強化涂料并烘干后，裝入真空造 型砂箱中排列好做好澆鑄口，然后用干石英砂埋

7、好，經(jīng)三維 振動臺振動埋實；6）用中頻感應煉鋼爐將耐磨基礎件金屬母體常用耐磨 件的高猛鋼、合金鋼、高碳鎔鐵熔化成金屬液，用澆包將合 金鋼水澆鑄到真空造型砂箱上的澆鑄口中，真空造型砂箱在 0. 5pa的負壓狀態(tài)下澆入熔化的合金金屬液，使高分子有機 材料實體模型受熱氣化被抽出，被液體合金金屬取代冷卻凝 固后成型，同時利用合金金屬母液的溫度將耐磨預制件燒制 成型并與耐磨預制件形成冶金結合面。6優(yōu)點1）利用合金金屬母液的溫度將耐磨預制件燒制成型并 與耐磨基礎件形成冶金結合面。耐磨件基體和氧化物陶瓷不 會發(fā)生變形；2）工藝簡單、制作材料不需進行熱處理就能達到所需 硬度；3）解決了氧化物金屬陶瓷和金屬基體結合難的難題， 避免了澆注工藝帶來的缺陷；4）耐磨工件表面氧化物陶瓷、金屬呈規(guī)律分布，既保 證了耐磨件的耐磨性，又保證了其抗沖擊性能；5）冶金面結合良好能大幅度降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)大規(guī) 模生產(chǎn)。參考文獻1 萬潔，陳小青，王彬景德鎮(zhèn)陶瓷文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)發(fā)展 政策研究j 黑龍江對外經(jīng)貿，2009, 2： 82-84.2 陳維平，楊少鋒，韓孟巖陶瓷/鐵基合金復合材料 的研究進展j.中國有色金屬學報，2010, 2： 257-266.3 劉均波，王立梅，黃繼華反應等離子熔覆（cr, fe） _7c_3/ y -fe金屬陶瓷復合材料涂層的耐磨性j.北京科技 大學學報，2007, 1： 50-54.4 王倩，