[发明专利]耐磨复合材料的制备方法和耐磨复合材料铸件的制备方法

说明书

本申请涉及一种耐磨复合材料的制备方法和耐磨复合材料铸件的制备方法，属于新材料制备技术领域。一种耐磨复合材料铸件的制备方法，包括：在压强为10MPa‑200Mpa的条件下，将金属熔体和经过预热处理的多孔状陶瓷预制体在金属模具中高压复合成型。采用高压复合成型工艺，对陶瓷多孔预制体和金属熔体进行压制，细化金属基体组织，同时提高陶瓷与金属界面结合强度，使得金属基体紧密包裹陶瓷颗粒，大幅提高复合材料的耐磨性能。

技术领域

本申请涉及新材料制备技术领域，且特别涉及一种耐磨复合材料的制备方法和耐磨复合材料铸件的制备方法。

背景技术

随着现代工业的不断发展，耐磨材料的消耗量与日俱增，传统钢铁材料已难以满足材料对耐磨性的需求。陶瓷颗粒增强金属基耐磨复合材料兼具陶瓷的高硬度、高耐磨性和金属良好的韧性，解决了传统钢铁材料中高硬度与强韧性矛盾的问题。

目前，国内外对陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备主要有以下几种方法。第一种方法采用铸渗工艺。该方法能够实现陶瓷和金属的复合，耐磨性较好，但是由于陶瓷与金属的天然不润湿性，界面结合强度不足，陶瓷颗粒容易脱落。随后通过陶瓷颗粒表面改性，改善陶瓷的润湿性，提高复合强度，但是制备成本高，而且复合界面强度依然不稳定，导致复合材料耐磨性能提升有限。第二种方法采用粉末冶金工艺，实现陶瓷颗粒和金属粉末烧结成型。该方法优点是金属基体强度高和韧性好，但陶瓷与金属界面容易出现孔洞和裂纹等缺陷，在破碎煤矸石过程中陶瓷颗粒也容易出现脱落。第三种是镶嵌式复合磨辊，该产品制作工艺简单，成本低，但在磨损后期，高铬铸铁基体优先产生磨损，镶嵌的陶瓷棒凸出在磨辊表面，在遇到煤矸石时，容易断裂、脱落，磨损寿命提高有限。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请实施例的目的包括提供一种耐磨复合材料的制备方法和耐磨复合材料铸件的制备方法，以改善陶瓷颗粒和金属基体复合界面结合强度低的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种耐磨复合材料的制备方法，包括：在压强为10MPa-200Mpa的条件下，将金属熔体和经过预热处理的多孔状陶瓷预制体在金属模具中高压复合成型。

本申请采用高压复合成型工艺，对陶瓷多孔预制体和金属熔体进行压制，细化金属基体组织，同时提高陶瓷与金属界面结合强度，增加陶瓷复合层的厚度，大幅提高复合材料的耐磨性能。多孔状陶瓷预制体金属网架内经过低温段100-350℃热处理定型固化，提高多孔状陶瓷预制体强度，高压复合成型时多孔状陶瓷预制体经过高温段400-800℃预热处理，提高多孔状陶瓷预制体的温度，使其与金属熔体温度差减小，提高两者的结合能力，使其在高压复合过程中结构更加稳固，提高耐磨复合材料的力学性能。

在本申请的部分实施例中，高压复合成型的压强为100MPa-150Mpa。该压强能够提高预制体和金属熔体复合程度，细化金属基体组织，增加陶瓷复合层的厚度，降低金属熔体爆裂的概率。

在本申请的部分实施例中，多孔状陶瓷预制体的制备步骤包括：按重量份数计，将900-1100份陶瓷颗粒、15-55份纳米氧化铝粉、0.1-1份纳米氧化铈、0.1-1份纳米氧化钇、0.1-1份二氧化钛、0.5-5份高岭土、2.5-10份二氧化硅充分混合；再加入30-90份液态无机胶搅拌混合，将混合物和金属框架放入模具中制成所述多孔状陶瓷预制体。

通过上述方法制得的多孔状陶瓷预制体具有较好的粘接强度，使得预制体在高压复合成型的过程中具有较好的稳固性，降低高压复合成型过程中预制体被压散的概率。

在本申请的部分实施例中，热处理的步骤包括：将多孔状陶瓷预制体在100-350℃的条件下焙烧定型固化0.5-4h。该热处理条件使得多孔状陶瓷预制体结构更加稳固，高压复合成型时多孔状陶瓷预制体经过高温段400-800℃预热处理，多孔状陶瓷预制体与金属熔体的复合更好，形成的复合层更厚，复合层厚度10mm-100mm。