[发明专利]一种制备颗粒增强金属基表面复合材料的装置及方法

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装置及方法，属于抗耐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收到砂石、土壤等各种物料盒研磨体的磨损，每年要消耗大量金属。根据不完全统计，能源的1/3~2/3消耗于摩擦与磨损；对材料来说，约80%的零件失效是由于磨损引起的，其中以磨料而失效的约占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。自此方法出现以后，得到了不断的发展，尤其是在二十世纪九十年代以后，铸渗法制备复合材料收到人们的青睐。

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；（2）离心铸渗方法；（3）V法铸渗工艺；（4）实型铸渗工艺（EPC）；（5）真空实行铸渗工艺（V-EPC）。在这些工艺中，前四种工艺存在着铸件表面质量差，尺寸精度低，容易出现气孔或夹杂等缺陷，并且各自表面复合层厚度较薄，而真空实型铸渗工艺制备出的材料虽较前四种工艺相比气孔、夹杂减少，尺寸精度提高、表面质量也有一定的提升，但目前其复合层厚度只有3~5mm厚，若要测试复合层的力学性能，则无法满足各种力学性能测试中国标对材料的尺寸要求，基于此，真空实型铸造碳化钨增强金属表层复合材料的装置及方法很好的解决了材料复合层厚度薄的问题，使用该装置方法制备的颗粒增强表层复合材料的厚度达到17mm，满足了目前目前各种力学测试中对复合层材料尺寸的要求，此种方法对于材料性能测试研究具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备颗粒增强金属基表面复合材料的装置，该装置包括带凸台的型腔1、内石英管2、EPS泡沫3、预制层4、金属网Ⅰ5、石英砂6、金属网Ⅱ7、橡皮塞Ⅰ8、直角石英管9、砂型10、橡胶塞Ⅱ11、外石英管12、真空泵13、真空表14、真空阀15，带凸台的型腔1位于砂型10上和砂型10连成一体；带凸台的型腔1与内石英管2相连接，石英管2内依次放入EPS泡沫3、预制层4、金属网Ⅰ5、石英砂6、金属网Ⅱ7，内石英管2的下端用橡皮塞Ⅰ8密封；直角石英管9的一端和橡皮塞Ⅰ8密封连接、另一端和橡皮塞Ⅱ11密封连接；外石英管12的一端用橡皮塞Ⅱ11密封，另一端与真空泵13连接，真空表14、真空阀15竖直安装在真空泵13的上方。

本发明所述EPS泡沫3的厚度为5~10mm、预制层4的厚度为15~25mm、石英砂6的厚度为10~15mm。

本发明所述金属网Ⅰ5为的150μm以上的金属网，石英砂6颗粒大小为600~850μm。

本发明所述带凸台的型腔（1）圆柱的直径为Φ120~Φ160mm、高度为180~280mm，凸台长为50~60mm、宽为50~60mm、高为8~15mm。

本发明所述内石英管2竖放，垂直于带凸台型腔1的底面，使其在浇注中获得一个更大的压头高度从而获得更大的铸渗力。

本发明所述砂型10通过以下方法制备得到：首先砂箱底部铺上一层40~50mm厚的造型砂，将除真空泵外的真空实型铸渗装置安放在砂箱中底部造型砂上的预定位置，在装置竖直方向上方放置带凸台的型腔木模，然后再用水玻璃砂进行造型，将预先放置有真空实型铸渗装置及带凸台的型腔木模的砂箱用水玻璃砂填满，外石英管与真空泵相连，在填满并紧实造型砂后，拿出带凸台的型腔木模，吹入二氧化碳气体，使二氧化碳与水玻璃反应，实现砂型的固化，从而完成造型。

本发明的另一目的是提供所述的制备颗粒增强金属基表面复合材料的装置用于制备颗粒增强金属基表面复合材料，具体包括以下步骤：

（1）将增强颗粒和金属粉末进行混合，将混合均匀的粉末放入内石英2管中，完成预制层的制备，混合过程可以使用行星式球磨机，球磨机中球料质量比3:1，大小球个数比1:4~1:7； 

（2）使用真空泵13对真空吸铸铸渗装置进行抽气，使内石英管2及外石英管12里面的真空度为0.065~0.075MPa；