[发明专利]一种陶瓷增强钢基耐磨复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种陶瓷增强钢基耐磨复合材料及其制备方法，涉及耐磨复合材料技术领域，是采用铸渗法浇注合金钢金属液铸渗陶瓷预制体制备得到的；所述陶瓷预制体由以下重量百分数的原料组成：球形陶瓷颗粒40‑55wt％、非球形多面体陶瓷颗粒40‑55wt％、粘结剂2‑5wt％，其中，0.5mm≤球形陶瓷颗粒的粒径非球形多面体陶瓷颗粒的粒径≤1.5mm。本发明中陶瓷预制体采用球形陶瓷颗粒和非球形多面体陶瓷颗粒相配合，并控制其粒径，使其之间协同作用，与合金钢基体之间形成独特的增韧结构，制得的复合材料表现出很好的抗冲击性和抗磨损性，能够有效抵抗磨料的切削和犁沟作用，且制备方法简单，制得的复合材料适合用于制造锤头、衬板、磨辊、磨盘等耐磨工作部件。

技术领域

本发明涉及耐磨复合材料技术领域，尤其涉及一种陶瓷增强钢基耐磨复合材料及其制备方法。

背景技术

耐磨钢铁件主要用于矿山、冶金、电力、煤炭和机械行业中的磨料磨损工况，如锤头、衬板、磨球、磨辊、磨盘等，在服役的过程中，受到沙石、矿石、土壤等各种物料及研磨体的强烈磨损，失效十分迅速。

大多数耐磨件的磨损失效通常发生在耐磨工作面一定的厚度或某些特定的部位，不仅要求磨损工作面具有较高硬度，同时要求整个耐磨件具有较高的韧性，能够抗冲击，不断裂。传统金属材料，如铬系白口铸铁、奥氏体耐磨锰钢等制造的耐磨件难以同时满足这两种要求。

高锰钢具有韧性高、加工硬化性能好、价格相对较低等优点，但是在某些磨损工况，特别是在冲击不高的高应力磨料磨损工况，高锰钢耐磨性较低。为解决单一金属耐磨材料自身的局限性，近年陶瓷增强金属基复合材料，特别是金属基耐磨复合材料成为关注热点。采用铸渗法将高硬度的陶瓷颗粒局部复合在零件的工作表面，既能提高耐磨件的耐磨损性能，又能保证其整体韧性，大幅度提高零件的耐磨性和使用寿命。然而对于现代工艺中恶劣磨损工况(如高温、高速摩擦磨损等)，其性能还尚需进一步提高。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种陶瓷增强钢基耐磨复合材料及其制备方法，制得的复合材料表现出很好的抗冲击性和抗磨损性，能够有效抵抗磨料的切削和犁沟作用。

本发明提出的一种陶瓷增强钢基耐磨复合材料，是采用铸渗法浇注合金钢金属液铸渗陶瓷预制体制备得到的；所述陶瓷预制体由以下重量百分数的原料组成：球形陶瓷颗粒40-55wt％、非球形多面体陶瓷颗粒40-55wt％、粘结剂2-5wt％，其中，0.5mm≤球形陶瓷颗粒的粒径非球形多面体陶瓷颗粒的粒径≤1.5mm。

优选地，所述合金钢为高锰钢；优选地，高锰钢为ZGMn13Cr2高锰钢。

优选地，所述陶瓷预制体中的陶瓷颗粒在复合材料中的体积分数为18-25vt％。

优选地，所述球形陶瓷颗粒为球形ZTA陶瓷颗粒、球形WC陶瓷颗粒中的一种或其组合；优选地，所述球形陶瓷颗粒的粒度为0.5-1.2mm。

优选地，所述非球形多面体陶瓷颗粒为多面体WC陶瓷颗粒、多面体氧化铝陶瓷颗粒中的一种或其组合；优选地，所述非球形多面体陶瓷颗粒的粒度为0.8-1.5mm。

优选地，所述粘结剂为环氧树脂粘结剂或酚醛液体树脂粘结剂。

本发明还提出了上述陶瓷增强钢基耐磨复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、陶瓷预制体制备：将球形陶瓷颗粒和非球形多面体陶瓷颗粒混合，加入粘结剂，搅拌，将其填充到具有蜂窝状内腔的模具中，加压，成型脱模，真空烧结，即得蜂窝状多孔连通的陶瓷预制体；

S2、钢基复合材料制备：将陶瓷预制体固定在铸型内表面，预热，合模后抽真空，浇铸合金钢金属液铸渗预制体，获得陶瓷颗粒均匀分布于铸件表层的钢基复合材料；

S3、热处理：将钢基复合材料进行热处理，即得。