[发明专利]一种挖掘机用耐磨衬套及其制备方法

说明书

本发明属于复合材料技术领域，具体公开了一种挖掘机用耐磨衬套及其制备方法。本发明的耐磨衬套包括Al‑Si合金、SiC、钨酸钠和耐磨助剂，其中，耐磨助剂包括石墨烯粉末、硅酸镁和硬脂酸；上述原料通过熔融、喷射沉积、退火、加工成型、离子注入以及涂覆即可制备得到所述挖掘机用耐磨衬套，该耐磨衬套的抗拉强度为250‑350MPa、弹性模量为90‑100GPa、密度为2.9‑3.1g/cm³，与用铝合金、碳纤维材料制成的动臂/斗杆具有良好的匹配性，使用效果好。

【技术领域】

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种挖掘机用耐磨衬套及其制备方法。

【背景技术】

挖掘机在建筑、道路施工等领域应用广泛，其动臂、斗杆是挖掘机的核心前端工作部件，而衬套是实现各个部件稳定连接与安全工作的重要零件，为了延长挖掘机的使用寿命、减少维修次数以及提高使用安全性，要求衬套不仅要具有良好的耐磨性与耐腐蚀性，而且要与被连接件之间有良好的性能匹配性。

目前用于挖掘机衬套的材料主要为45钢，其耐磨性相对较低，在使用过程中容易发生磨损失效，且其密度较大，与基于铝合金、碳纤维等材料制成的轻量动臂/斗杆匹配性不佳。

而目前虽然关于耐磨材料的研究也有很多，例如中国发明专利申请CN106424664A碳化硅(金刚砂)复合耐磨材料的生产工艺方法，其通过高温金属液体使得复合材料中的金属成分熔化并牢固的与碳化硅结合，从而在铸件的表面形成耐磨面或耐磨条块，还例如中国发明专利申请CN 108746637A铝硅/铝碳化硅梯度复合材料及其制备方法，其通过铝碳化硅提升了复合材料的强度和模量，从而利于为高功率密度电子器件提供封装保护，但是以上研究均没有涉及适于挖掘机衬套使用的且与铝合金、碳纤维等材料制成的动臂/斗杆具有好的匹配性的相关内容。

【发明内容】

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种挖掘机用耐磨衬套及其制备方法。采用本发明特制的原料组分以及制备方法制备得到的衬套的抗拉强度为250-350MPa、弹性模量为90-100GPa、密度为2.9-3.1g/cm³，其与用铝合金、碳纤维材料制成的动臂/斗杆具有良好的匹配性，使用效果好，利于工程机械结构件轻量化的发展。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种挖掘机用耐磨衬套，包括以下原料组分：Al-Si合金、SiC、钨酸钠、耐磨助剂；其中，Al-Si合金中Si的质量分数为10-20％，所述SiC的颗粒尺寸为8-12μm。

进一步的，所述耐磨衬套中所述SiC的体积分数为10-15％、所述耐磨助剂的体积分数为5-10％、所述钨酸钠的体积分数为0.1-0.3％，余量为Al-Si合金。

进一步的，所述耐磨助剂包括以下重量份的原料组分：石墨烯粉末8-10份、硅酸镁2-3份和硬脂酸1-2份。

进一步的，所述硅酸镁的颗粒尺寸在2-4μm。

进一步的，所述耐磨助剂由以下方法制备得到：将所述石墨烯粉末、所述硅酸镁和所述硬脂酸混合均匀后，置于球磨机中球磨20-30min，得球磨混合物；对所述球磨混合物进行10-15min的超声处理，然后于10-15mA的电流下处理5-10min，即得所述耐磨助剂。

进一步的，所述一种挖掘机用耐磨衬套的制备方法，包括以下步骤：

(1)熔融：将Al-Si合金放入熔炉中熔融后，加入钨酸钠搅拌均匀，得熔液；

(2)喷射沉积：将上述熔液进行喷射沉积，且在喷射沉积过程同步加入SiC颗粒，得SiCp/Al-Si复合材料锭坯；

(3)退火：将上述SiCp/Al-Si复合材料锭坯于450-480℃下进行退火处理；