[发明专利]制备颗粒增强金属基表面复合材料的真空实型铸渗方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备颗粒增强金属基表面复合材料的真空实型铸渗方法，尤其涉及一种抗冲击磨损的碳化钨颗粒增强金属基表面复合材料的真空实型铸渗(V-EPC)制备方法，属于耐磨抗磨材料制备技术领域。

背景技术

现代工业的发展对材料的耐磨性能要求越来越高，冶金、矿山、建材、电力、化工、煤炭和农业等部门分别要用到矿山机械、工程机械、农业机械和各种破碎粉磨机械，这些机械设备的易损件要受到砂石、矿石、土壤等各种物料和研磨体的磨损，每年要消耗大量金属。根据不完全统计，能源的1/3～1/2消耗于摩擦与磨损。对材料来说，约80％的零件失效是由磨损引起的，其中因磨料磨损而失效的约占50％，据统计我国用于磨料磨损工况的耐磨钢铁件，每年要消耗200多万吨。由此，开发研制出一种能在磨损工况下，具有较长使用寿命的新材质显得极为重要。

铸渗工艺是将合金粉末或陶瓷颗粒等预先固定在型壁的特定位置上，然后通过浇注使铸件表面具有特殊的组织和性能，该工艺是一种表面处理与成型相结合的工艺。该方法简单易行，无需专门的处理设备，表面处理层具有一定厚度，生产周期短，零件不变形，具有其它工艺方法无法比拟的优点，是提高铸件表面耐磨、耐蚀、耐高温等性能的有效途径。自此法出现以后，得到了不断的发展，尤其是在二十世纪九十年代以后，铸渗法制备表面复合材料受到人们的青睐。

目前，利用铸渗方法制备表面复合材料的方法主要有以下几种：(1)普通铸渗方法，该方法均需要加入有机或无机的粘结剂和熔剂，而在液态高温的金属作用下，粘结剂或熔剂极易汽化或渣化，因而易产生气孔和夹渣(杂)，导致材料性能的降低。(2)离心铸渗方法，即利用离心作用使强化相均匀地分布于型壁，从而得到表面梯度复合材料，但该工艺仅仅适用于环状零件的生产，因而其应用范围受到较大的限制。(3)V法铸渗工艺，它与传统的铸渗工艺相比，用V法铸渗工艺制得的铸件表面光洁度好，尺寸精度高，工艺操作简便，适用范围广，生产成本低。但是，该工艺只适用于制备形状简单的铸件，同时存在下芯困难等缺点。(4)实型铸渗工艺(EPC)，该工艺充分利用了干砂流动性好的特点，不用砂芯就可以方便获得铸件内腔，造型后不必起模，不合箱，无分型面，该工艺简化了造型及砂处理工艺和设备，制得的铸件具有表面质量好，尺寸精度高等优点。但是由于在金属液充填模样的过程中，会因EPS模样汽化而产生大量的气体，这些气体一旦得不到及时的排除，将会导致铸件中出现诸如皱皮、集碳、渣状气孔、粘砂、冷隔、夹渣和表面结皮等缺陷。

发明内容

针对普通铸渗工艺、离心铸渗工艺、V法铸渗工艺和实型铸渗工艺所存在的，铸件表面质量差，尺寸精度低，易出现气孔或夹杂等缺陷，无法生产结构复杂的零部件等缺点，本发明提供一种制备颗粒增强金属基表面复合材料的真空实型铸渗方法。

本发明提供的方法是这样的：先用聚苯乙烯泡沫材料制备成可汽化的零件模样，利用对应的模具将增强颗粒制备成预制块后，固定在需要合金化的泡沫材料模样表面，然后将模型埋入干砂中，振实后在负压状态下浇注金属液，其间通过抽真空形成的负压，将泡沫塑料和涂胶在浇注过程中因汽化而产生的气体抽走，同时借助真空密封技术，提高金属液的充型能力，以利金属液在颗粒间的渗透，从而获得更厚更致密的复合层。

本发明的具体技术方案是：一种制备颗粒增强铁基表面复合材料的真空实型铸渗方法，其特征在于包括下列工艺步骤：

A、耐火涂料的制备：将下列质量份的原料进行混合后，即得在1000℃下的透气性为2.120～2.650cm⁴/g.min，强度为17.65～19.16g/mm的涂料：

石英砂 98.00～104.00     钠质膨润土 3.8～4.2

白乳胶 2.3～2.8          Na₂CO₃     0.10～0.13

羧甲基纤维素 0.48～0.52    十二烷基苯磺酸钠 0.04～0.06

正辛醇 0.02～0.03；

B、汽化模样(EPS)的成型：在泡沫塑料板材上划出所需零件模样，其划线尺寸比零件尺寸大0.5～1.0mm，用电热丝进行切割，切割时的电流控制在50～100A，电压控制在8～14V，得模样；

C、预置体的制备及固定：将下列质量比的原料混合成增强颗粒料：

粒度为 40～60目的碳化钨颗粒   60～80％，

粒度为 60～80目的高碳铬铁颗粒 20～40％

粘结剂             预置体总量的3～6％