[发明专利]合金钢镶铸锆刚玉陶瓷复合材料的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制造方法，具体地说，是合金钢镶铸锆刚玉陶瓷复合材料的制造方法；属于机械材料制造技术领域。

背景技术

在矿山用来采矿的机械因为磨损消耗量巨大，每年仅磨料磨损消耗的金属耐磨材料达到300多万吨。经济损失在1000亿元以上。主要原因是多数工作部件采用金属制造，而在矿山面对的工作对象是硬度较高的非金属，前者的硬度比较后者低得多，许多矿区用于矿石破碎的破碎机的锤头质量仅用几天就需要更换，导致成本增加停工损失。复杂的工作对象和恶劣的工况条件，要求加工部件的材料应该在硬度方面与之对应甚至高于工作对象，单一的金属合金材料已经难以适应，特别是工作部件的打击面应该采用硬度高的陶瓷材料，而在位于非工作面的材料则不需要高硬度，只要硬度适中和较高的韧性即可。

作者康乐等人在《热加工工艺》2010年12期刊登的“新型金属-陶瓷耐磨材料的应用研究”论文指出：通过机械加工方法将氧化铝陶瓷片嵌入金属基体中，磨损实验结果，金属-陶瓷复合材料与高铬合金白口铸铁材料相比，耐磨性提高了3倍以上。该复合材料在某电厂的输煤管上与普通铸钢衬板进行对比试验。普通铸钢衬板运转1440h已基本失效，而金属-陶瓷复合衬板至少可运转7200 h。金属陶瓷复合衬板具有耐磨性高、稳定性好等优点，但复合技术属于机械加工范畴，效率低，难以大批量生产。邓刚等人在2004年第八期《机械工程材料》刊登的“离心铸造铁基梯度功能复合材料” 论文指出：利用离心力场中强化相质点与液态金属熔体之间的密度差异引起的质点偏析现象，制备出强化相成梯度分布的功能材料，复合材料表层和基体硬度分别达到63-65HRC和50-55HRC；用WC颗粒和Fe-C合金液同步浇注，可获得表层为18～25mm的复合材料，WC颗粒体积分数约70%；但是离心铸造法只能生产环状的铸件，不能用形态复杂的铸件的指定部位进行硬化。

发明内容

本发明的目的就是提供一种产品硬度高，使用寿命长的合金钢镶铸锆刚玉陶瓷复合材料的制造方法。

本发明的技术方案是这样的：一种锆刚玉陶瓷球-低合金钢复合材料的制造方法，其特征在于，包括下述步骤：1）预制镶铸锆刚玉陶瓷块

将氧化锆粉、氧化铝粉和硬脂酸充分混合后填充到模具内，填充过程中分层加入不锈钢纤维，压制成型，经过烧结制成锆刚玉陶瓷镶铸块；

其中，氧化锆粉、氧化铝粉、不锈钢纤维和硬脂酸按重量比为2-4︰6-8︰0.5︰0.05；

2）加工锆刚玉陶瓷镶铸块的保护壳

将锆刚玉陶瓷镶铸块套在锆刚玉陶瓷镶铸块上；

3）涂料配制和涂料涂敷

将牌号FeV50的钒铁经过破碎、球磨制成钒铁粉。将钒铁粉、水玻璃粘结剂、水混合后充分搅拌制成涂料，将套有钢管的锆刚玉陶瓷镶铸块浸在涂料中，取出干燥；

其中：钒铁粉、水玻璃粘结剂、水重量比为9-11︰1︰1；

4）制作固定锆刚玉陶瓷镶铸块的钢板

根据锆刚玉陶瓷镶铸块保护钢管的尺寸，在钢板上冲孔，孔的数量多于需要安装的锆刚玉陶瓷镶铸块的数量，两块冲过孔的钢板将锆刚玉陶瓷镶铸块固定，其他剩下的孔用作浇注金属的通道；

5）安装钢板

将安装有锆刚玉陶瓷镶铸块的两块钢板，放在铸型对应的位置，用铁钉将钢板固定在铸型内；

6）熔化合金钢，将合金液体浇入铸型，液体通过铸型内的空腔和固定锆刚玉陶瓷镶铸块的钢板上的孔，对铸型进行充型，合金钢液体将锆刚玉陶瓷镶铸块包围，钒铁涂料中的钒原子在钢的液体中扩散，凝固后形成内部含有锆刚玉陶瓷的铸件，且在锆刚玉陶瓷与合金钢的界面区域产生碳化钒颗粒。

上述的合金钢镶铸锆刚玉陶瓷形成复合材料的制造方法，所述的合金钢硬度200HB；所述的锆刚玉陶瓷硬度2400HV。