[发明专利]以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料及其制备方法、机械零件

说明书

本发明涉及复合材料领域，具体而言，提供了一种以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料及其制备方法、机械零件。所述以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料主要由以下各原料制备而成：莫来石、钠长石、Al₂O₃、尖晶石、云母、SiO₂、金红石、硅灰石、珍珠岩、以及Fe。该复合材料具有较高的耐磨性和强度，材料的屈服强度为450～960MPa、抗拉强度为750～1600MPa、断面收缩率为18～55％、延伸率为10～35％、硬度为25～65HRC、冲击功为50～120J。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体而言，涉及一种以莫来石和钠长石为组元的陶瓷增强铁基复合材料及其制备方法、机械零件。

背景技术

磨损是材料的主要破坏形式之一，其造成的经济损失相当惊人，每年因磨损消耗的钢材已达数百万吨。陶瓷材料具有高硬度、高熔点、高化学稳定性等特点，服役过程中展现了优异的耐磨、耐热、耐蚀等性能，可在恶劣工况条件长期稳定运行，达到金属材料难以企及的作用。但由于陶瓷材料韧性差，不具备抵抗塑性变形和疲劳能力，且大型及形状复杂的零件成型困难，使得工程陶瓷在应一用中受到了较大的限制。

陶瓷材料强化金属材料已成为研究的热点：CN101181741A采用工业Ti-Fe粉和B₄C粉作为反应物，按照一定比例混合压坯后置于铸件内，通过自蔓燃反应在金属内形成Ti₂B、TiC陶瓷增强颗粒，达到强化金属的目的。CN101195888A将Ti、Cr、C粉末用上述同样的方法加入铸件中，得到了(Ti、Cr)C、Cr₇C₃为陶瓷强化相的铁基复合材料。CN101214541A采用Ni、Ti和B₄C压块制备了Ti₂B、TiC陶瓷颗粒局部强化的锰钢。CN102366829A采用不同粒度的Al₂O₃颗粒强化提高的钢的表面强度和耐磨性。“高频熔炼制备Al₂O₃陶瓷颗粒增强耐热铁基复合材料”(计玉珍，鲍崇高，铸造技术，2008,29 (7),888～889.)中采用高频加热熔炼结合负压铸渗工艺，制备了适合于高温摩擦磨损工况下使用的Al₂O₃陶瓷/耐热铁基表层复合材料。而CN1800090A利用Al粉和Fe₂O₃的自蔓燃反应，在钢管内壁制备了一层含有Al₂O₃的陶瓷层提高钢管的耐磨性。

上述的发明专利基本上是在金属表面制备了一层含有陶瓷材料的复合层以强化金属材料，并未使金属材料的整体性能提高。 CN101181741A是在铸造模型内预置可发生自蔓燃反应的压块，通过浇铸引燃反应生成Ti₂B、TiC等在铸件的表面形成强化相；CN103436776A是将Cr₃C₂、Cr₇C₃或Cr₂₃C₆等陶瓷颗粒置于铸腔内，通过浇铸使陶瓷颗粒分布于工件的表面，以达到表面强化的目的，该方法不能实现材料的整体强化；并且在铸造型膜内发生自蔓燃反应，该反应不易控制，易导致放出大量气体，会导致铸件的孔洞增加，引起强度下降。而CN102366829A和“高频熔炼制备Al₂O₃陶瓷颗粒增强耐热铁基复合材料”在铸件表面添加Al₂O₃颗粒方法，目的是使 Al₂O₃颗粒弥散分布于钢的基体中，以强化金属材料；但由于Al₂O₃与钢存在界面结合问题，使其强化效果达不到预想的目的。另外上述专利强化所采用的材料为Ti、Cr、B₄C或规定目数的Al₂O₃粉末，其材料的成本较高。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容