[发明专利]一种高锰高碳可焊金属陶瓷块及其增强的辊套和制备方法

说明书

一种高锰高碳可焊金属陶瓷块及其增强的辊套和制备方法，该高锰高碳可焊金属陶瓷块包括合金化后的增强颗粒、基体材料和复合添加颗粒；合金化后的增强颗粒为高锰粉末包覆的陶瓷颗粒，基体材料为高锰高碳的铬铁耐磨材料，由于Mn为弱碳化物形成元素，基体中的Mn少部分同Cr形成M₇C₃型碳化物，大部分的Mn分布于基体中形成奥氏体相区，使其具有可焊性；因为Mn的加入使得陶瓷颗粒与基体发生有效的冶金结合。将合金化后的增强颗粒、复合添加颗粒与基体材料进行液相烧结，将得到的高锰高碳可焊金属陶瓷块焊接于辊套的指定位置；最后浇铸成辊套设备。此方法制备的辊套具有高强度、操作方法简单、增强块体完全固定于指定位置和方便修复等优点。

技术领域

本发明涉及一种高锰高碳可焊金属陶瓷块及其增强的辊套和制备方法，属于金属基复合材料和耐磨材料技术领域。

背景技术

应用于矿山、水泥等领域的辊面材料因长期承受撞击、摩擦及切削等作用，使辊面材料出现不同程度的磨损失效从而降低了辊面材料的使用寿命。目前，常用的辊面主要为高铬铸铁辊面、堆焊辊面和金属陶瓷块增强的耐磨辊面三种。高铬铸铁辊面材料因其具有大量的M₇C₃型碳化物和马氏体基体使其具有优良的耐磨性能而被广泛使用，但是高铬铸铁辊面韧性较差，在使用过程中易产生裂纹，造成辊面报废。堆焊是将耐磨材料在高温的条件下焊接于辊面表面，此种辊面具有较高的耐磨性和易于修补等优点。但在长期的使用过程中辊面易出现裂纹、夹杂、未焊透等缺陷，造成堆焊耐磨层的脱落。在反复修复脱落的堆焊层时，会使生产周期延长。在严重的磨损工况条件下通常选用金属陶瓷块增强的耐磨辊面，此种辊面的耐磨寿命远高于高铬铸铁辊面和堆焊辊面。但是在磨损过程中，辊面出现局部破损或产生较大缺口时，金属陶瓷块增强的耐磨辊面不易采用焊接的方式进行修补，造成辊套的提前报废。辊套中的金属陶瓷块不能使用焊接修补的主要原因为如下两点：1.现有的金属陶瓷块增强的耐磨辊套中，金属与陶瓷未能实现完全的冶金界面结合，在热应力的作用下导致界面开裂；2.目前所使用的金属陶瓷块中，基体采用高铬铸铁材料，其焊接性能较差，在焊接修补的过程中容易开裂。

因此，如何发明出一种既可以实现焊接修复又能使金属与陶瓷实现冶金界面结合的金属陶瓷块是待急需解决的问题。基于以上原因，本发明开发出一种高锰高碳可焊的金属陶瓷块增强的耐磨辊套，进而提高辊套的使用寿命和应用广泛性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种高锰高碳可焊金属陶瓷块及其增强的辊套和制备方法。该高锰高碳可焊金属陶瓷块包括合金化后的增强颗粒和基体材料，其中，合金化后的增强颗粒为高锰粉末包覆的ZTA和/或Al₂O₃陶瓷颗粒，通过液相烧结法将制备成表面包覆高锰的骨架材料，并将其破碎后得到合金化的陶瓷颗粒；基体材料为高锰高碳的铬铁耐磨材料，由于Mn为弱碳化物形成元素，基体中的Mn少部分同Cr形成M₇C₃型碳化物，大部分的Mn分布于基体中形成奥氏体相区，使其具有可焊性；基体中因为Mn元素的加入使ZTA颗粒和金属陶瓷块中的基体材料具有润湿性，使得金属陶瓷块体中的陶瓷颗粒与基体发生有效的冶金结合。将合金化后的增强颗粒、复合添加颗粒与基体材料进行液相烧结，得到高锰高碳可焊金属陶瓷块。再将高锰高碳可焊金属陶瓷块焊接于辊套的指定位置；最后浇铸成辊套设备。此方法制备的辊套具有较高的强度、操作方法简单、增强块体完全固定于指定位置和方便修复等优点。

本发明采用以下技术方案来实现：

本发明的一种高锰高碳可焊金属陶瓷块，包括合金化后的增强颗粒、基体材料和复合添加颗粒；

所述的合金化后的增强颗粒为，锰粉末或氧化锰粉末包覆陶瓷颗粒形成核壳结构的颗粒，其中，按质量比，锰粉末：陶瓷颗粒＝1：(1～3)；或按质量比，MnO粉末：ZTA陶瓷颗粒1：(4～10)；所述的陶瓷颗粒为ZTA和/或Al₂O₃；