[发明专利]一种氧化铝陶瓷与耐磨钢的复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种氧化铝陶瓷与耐磨钢的复合材料，包括耐磨钢基体、陶瓷层和搪瓷层，搪瓷层位于耐磨钢基体和陶瓷层的中间，还提供了上述复合材料的制备方法：将耐磨钢基体脱碳处理得到耐磨钢基体，制备搪瓷粉末和陶瓷颗粒，然后将上述材料依次放入磨具中，双向加压然后在常压烧结得到氧化铝陶瓷与耐磨钢的复合材料。本发明的搪瓷层既可以润湿陶瓷层，又可以改善与耐磨钢基体的润湿性，形成化学键结合，部分搪瓷粉末填充到陶瓷层的孔隙中，耐磨钢基体与搪瓷层之间不易形成气泡，陶瓷层中的TiO_2‑x和CuO作为烧结助剂能降低烧结温度，防止耐磨钢基体氧化，并提高制备效率，降低制备成本。

技术领域

本发明属于耐磨钢基体改性技术领域，具体涉及一种氧化铝陶瓷与耐磨钢的复合材料及其制备方法。

背景技术

耐磨钢基体主要应用于矿山、冶金和电力等行业内物料的输送或破碎，如衬板、磨辊、铲齿及破碎壁等零件，由于服役工况条件恶劣，造成了严重的磨损，致使零件失效。为了进一步提高耐磨钢基体的耐磨性，单一材质的耐磨钢基体无法满足企业的要求，因此，开发以耐磨钢基体为基体的复合耐磨材料成为行业急需解决的课题。目前提高耐磨钢基体耐磨性的工艺主要有镶嵌硬质合金块、双金属复合铸造、热处理和钎焊等工艺。通过将硬质合金块镶嵌在耐磨钢基体易磨损部位制造双金属复合耐磨材料，虽然具有耐磨、耐腐蚀等良好的综合性能，但镶嵌材料易从基体上脱落；采用双金属复合铸造的工艺不易生产大面积和曲面的耐磨铸件；耐磨钢基体的热处理消耗大量能源，同时还具有生产周期长等不利的因素。而将氧化铝陶瓷与耐磨钢基体复合，即可获得陶瓷的机械强度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性、化学稳定性和较低的成本，同时利用金属基体的韧性克服陶瓷固有的脆性，在性能上形成一种互补关系，使之成为理想的结构和工程材料，以满足耐磨材料对性能的要求。但也存在着陶瓷与耐磨钢基体复合工艺的复杂性、成本较高、界面会产生较大的残余应力，且化学稳定性较差等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种氧化铝陶瓷与耐磨钢的复合材料，该复合材料在耐磨钢基体和陶瓷层中间设置了搪瓷层，搪瓷层既可以润湿陶瓷层，又可以改善与耐磨钢基体的润湿性，熔化后分别与陶瓷层和耐磨钢基体发生扩散，形成良好的化学键结合，烧结时陶瓷颗粒的PVA会挥发后形成微小的孔隙，随着温度的升高，部分搪瓷粉末会逐渐渗入填充到陶瓷层的孔隙中，使得搪瓷层和陶瓷层界面处结合致密，微孔缺陷较小，则该复合材料连接强度高，耐磨性好。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种氧化铝陶瓷与耐磨钢的复合材料，包括耐磨钢基体、陶瓷层和搪瓷层，搪瓷层位于耐磨钢基体和陶瓷层的中间，所述搪瓷层的厚度为1mm～5mm；所述陶瓷层的厚度为5mm～35mm；所述搪瓷层包括以下质量百分数的组分：SiO₂ 40％～60％、B₂O₃5％～20％、Na₂O 1％～15％、K₂O 1％～10％、CoO 1％～5％、NiO 1％～5％、余量为Al₂O₃；所述陶瓷层包括以下质量百分数的组分：TiO_2-x 1％～10％、CuO 1％～10％、余量为Al₂O₃。

优选地，所述搪瓷层包括以下质量百分数的组分：SiO₂ 45％～55％、B₂O₃8％～18％、Na₂O 5％～12％、K₂O 4％～8％、CoO 1％～3％、NiO 1％～3％、余量为Al₂O₃；所述陶瓷层包括以下质量百分数的组分：TiO_2-x 1％～5％、CuO 0.5％～5％、余量为Al₂O₃。