[发明专利]一种表面多尺度颗粒增强铁基复合材料卷筒的铸造方法

权利要求书

1.一种表面多尺度颗粒增强铁基复合材料卷筒的铸造方法，其特征在于，包括以下依次进行的步骤：

1)按照砂型铸造方法制备卷筒的铸型，所述铸型中的型腔包括外径内壁面与内径内壁面；

将硅酸钠、聚乙烯醇以及硼砂溶于水中制得溶液A，然后将粒度为1～50微米的Ti₃AlC₂粉末、粒度为1～50微米的Ti粉末、粒度为1～3毫米的TiB₂颗粒与溶液A混合均匀后放入石墨模具中压制成型制得压坯圆筒；

熔炼铁水，然后准备铁水出炉，然后对出炉后的铁水依次进行球化处理与孕育处理，完成后制得浇注用铁水；

2)将内含有压坯圆筒的石墨模具放在真空加热炉中进行加热，保温温度为575℃～625℃，加热过程中压坯圆筒中的溶液A中的一部分变成气体挥发，加热过程中压坯圆筒中的溶液A中的另外一部分受热变成玻璃态粘结相，加热完成后进行冷却，脱模后制得固态的、内部为由玻璃态粘结相将Ti₃AlC₂粉末、Ti粉末与TiB₂颗粒连接在一起的孔隙状预制圆筒；

然后将孔隙状预制圆筒放入所述型腔中，且控制所述孔隙状预制圆筒的外径壁面与所述型腔的外径内壁面紧密贴合；

3)按照铸渗方法将步骤1)中制得的浇注用铁水浇注到步骤2)中制得的其内放置有孔隙状预制圆筒的型腔中，浇注用铁水进入所述孔隙状预制圆筒中的孔隙中将所述孔隙状预制圆筒中的Ti₃AlC₂粉末、Ti粉末与TiB₂颗粒淹没包围，然后型腔中的铁水冷却凝固，破除铸型后制得外表面为多尺度颗粒增强铁基复合材料层且剩余部位为球墨铸铁的卷筒毛坯。

2.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，步骤1)中，溶液A中，所述硅酸钠的质量百分数为3.5％，所述聚乙烯醇的质量百分数为2％，所述硼砂的质量百分数为3％。

3.根据权利要求2所述的铸造方法，其特征在于，步骤1)中，所述Ti₃AlC₂粉末的质量:Ti粉末的质量:TiB₂颗粒的质量:溶液A的质量＝2:1:4:(9～11)。

4.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，步骤1)中，熔炼铁水的熔炼温度为1460℃～1500℃；步骤3)中，浇注用铁水的浇注温度为1400℃～1450℃。

5.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，步骤1)中，所述孕育处理包括依次进行的一次孕育处理与二次孕育处理，在铁水从熔炼炉倾倒入浇包中的过程中利用一次孕育剂颗粒进行一次随流孕育处理，然后在将浇包中的铁水倾倒入型腔中的过程中利用二次孕育剂颗粒进行二次随流孕育处理。

6.根据权利要求5所述的铸造方法，其特征在于，步骤1)中，将粒度为1～50微米的Ti₃AlC₂粉末、粒度为1～50微米的Ti粉末、粒度为1～50微米的二次孕育剂粉末、粒度为1～3毫米的TiB₂颗粒与溶液A混合均匀后放入石墨模具中压制成型制得压坯圆筒。

7.根据权利要求1-6中的任意一项所述的铸造方法，其特征在于，还包括步骤4)：用激光束扫描熔化步骤3)制得的卷筒毛坯的外表面，控制激光束熔化的熔池的深度大于所述多尺度颗粒增强铁基复合材料层的厚度，且将卷筒毛坯的外表面中的球墨铸铁基体与陶瓷颗粒增强相全部熔化，然后将熔池迅速冷却凝固，在激光重熔以及随后的冷却凝固过程中陶瓷颗粒增强相重新反应生成、形核并长大，完成后制得外表面为激光重熔强化多尺度颗粒增强铁基复合材料层且剩余部位为球墨铸铁的卷筒毛坯。