[发明专利]消失模铸造高锰钢耐磨表面复合材料的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属成型领域的复合材料消失模铸造的技术，特别是涉及一种消失模铸造高锰钢耐磨表面复合材料的制备工艺。

背景技术

耐磨材料在冶金矿山、建材、火力发电、装备制造等工业领域经济成本的消耗中占有相当大的比重。2004年北京摩擦学科与工程前沿研讨会的资料显示，磨损损失了世界一次能源的三分之一。我国每年因磨损造成的经济损失在1000 亿元人民币以上，仅磨料磨损每年就要消耗300多万吨金属耐磨材料，且还以每年15%的速度在增长。推动材料向高耐磨、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等多方面发展，是亟待解决的一项重要任务，具有重要的经济意义和社会意义。

复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的材料组合而成的一种多相材料，它可以发挥金属、陶瓷等不同材料的性能优势，满足特殊的性能及功能。将复合材料制备技术与材料表面工程技术相结合，在不改变基体材料性能的基础上，赋予材料表面特殊性能及功能，达到提高综合性能的目的。复合材料的出现在很大程度上解决了材料当前面临的问题，推进了材料的进展。金属铸造复合材料具有优良的物理性能和力学性能，不仅可以在航天航空工业上应用，也可以在汽车、矿山、装备制造等民用工业上应用。用铸造法制备钢铁基表面复合材料，工艺独特、成本低廉，已成为最有发展前途的复合材料制备方法之一，具有广阔的应用前景。

目前，铸造钢铁基表面复合材料的制备方法主要有树脂砂造型、VRH法—真空置换硬化造型法、铸渗法、离心铸造法和自蔓延（SHS）离心铸造法，对于大多数铸件而言，由于形状复杂，因此，铸渗法应用更加广泛。

树脂砂造型工艺采用树脂类粘结剂在常温下与固化剂发生化学反应而固化型砂，其砂型不用烘干。与普通水玻璃砂造型相比，可大大提高铸件的外观质量和尺寸精度；但造型材料成本高。需要有一套复杂的砂再生设备配套，生产时有一定量的刺激性气体排出而污染操作业环境。　　

VRH法—真空置换硬化造型法是在水玻璃砂CO₂吹气硬化法的基础上发展而成的。此法较适合于传统的CO₂水玻璃砂工艺的技术改造，投入少，见效快，但难以克服老工艺铸件表面质量较差的状况，并仍需一整套水玻璃砂的处理回收设备。目前主要应用于小批量的铸钢件生产。

铸渗又称铸造表面合金化，是通过铸造技术和冶金强化技术来实现铸件表面改性的，铸渗法分为普通铸渗工艺、压力铸渗工艺、消失模负压铸渗工艺。

普通铸渗工艺是将配置好的合金粉末与粘结剂、熔剂配制成涂料、膏剂或预制块，然后刷涂、贴敷、固定在铸型（芯）的表面上，待铸型干燥后浇注。金属液在重力作用下向颗粒层渗透，产生物理和化学的作用，形成具有复合层表面的铸件。该工艺的优点是：工艺简单，设备投入少，生产成本低，一般多适用生产表面耐磨铸件。但其易产生气孔和夹渣，渗层质量稳定性有待提高；另外一个问题是，对于增强颗粒与基体润湿性能较差的铸渗复合层的制备显得无能为力。

压力铸渗工艺是将预制粉末压坯或粉末放到预热过的压铸模具中，然后浇铸高温合金液，接着在合金液表面直接施加压力，使合金液渗入压坯或粉末层中。压力铸渗的优点是增强了颗粒与合金液的润湿角，但由于铸渗法采用的基体金属多为铸铁或铸钢，并且是高温合金液，实际操作起来有一定的难度和制约，模具使用寿命也较短，生产成本高。

消失模铸造表面复合材料工艺是将配制好的合金涂料涂覆在用可发性聚苯乙烯制成的铸件模型上，涂刷耐火材料并烘干后，用干砂振动造型。当合金液充型时，泡沫模样和合金化涂料层中的有机粘结剂等遇高温合金液分解气化，产生的气体在负压抽力的作用下从涂层空隙中溢出，高温金属液在毛细管力、负压吸力、铁液静压力等作用下，向合金粉末空隙渗入，合金粉末颗粒熔融、分解和扩散，最终与母液结合形成表面具有特殊性能的铸件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的诸多不足，提供一种工艺操作方便，工艺流程短，能耗低，易于实现工业化生产，尤其是能够显著提高高锰钢的耐磨性能，延长使用寿命的消失模铸造高锰钢表面复合材料制备工艺。

实现上述目的采用以下技术方案：

一种消失模铸造高锰钢耐磨表面复合材料的制备工艺，包括制备工艺中使用的消失模模样，其特征在于：其制备工艺包括如下步骤：