[发明专利]陶瓷金属复合耐磨材料及其制备方法

说明书

本申请涉及一种陶瓷金属复合耐磨材料及其制备方法，属于新材料制备技术领域。该陶瓷金属复合耐磨材料，陶瓷预制体为具有蜂窝孔的蜂窝结构，金属基体晶粒90％以上等效直径小于20微米，陶瓷金属复合耐磨材料的表观线结合率达到90％以上。这种宏观和微观结构结合的材料，其金属基体韧性和陶瓷界面结合强度得到强化，耐磨性大幅提升。

技术领域

本申请涉及新材料制备技术领域，且特别涉及一种陶瓷金属复合耐磨材料及其制备方法。

背景技术

常用的耐磨金属材料包括锰钢和白口铸铁，其耐磨性主要依靠钢铁组织中的碳化物，然而钢铁组织中的碳化物含量是有一定限制的，这制约了材料耐磨性的进一步提高。面对复杂的耐磨工况，上述耐磨材料的耐磨性严重不足，因此开发新的耐磨材料迫在眉睫。

陶瓷金属复合材料结合了陶瓷的高耐磨性和高韧性，使其成为一种新型的耐磨材料。但目前的陶瓷颗粒耐磨材料由于制备方法等多因素的限制，材料的性能不足。

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陶瓷金属复合耐磨材料及其制备方法，以改善陶瓷颗粒和金属基体界面结合强度低的技术问题，提高复合材料的耐磨性。

第一方面，本申请提供一种陶瓷金属复合耐磨材料，由具有蜂窝孔的陶瓷预制体与金属熔体复合而成，陶瓷金属复合耐磨材料的晶粒等效直径90％以上小于20微米，陶瓷金属复合耐磨材料的表观线结合率达到90％以上。

其中，由于晶粒通常不是标准的圆形，其为椭圆形，所以，晶粒的直径的表征可能会出现差异，所以，本申请提供一个新的概念-晶粒等效直径，其是指：每个晶粒的面积S＝π(d/2)²，先计算出晶粒的面积，然后通过上述公式计算出晶粒的直径即为晶粒等效直径。本申请提供的陶瓷金属复合耐磨材料的晶粒等效直径较小，晶粒得到充分细化；且其表观线结合率较大，陶瓷与金属之间的结合强度较大，结合面积较大，结合紧密，裂纹少，从而使该材料的耐磨性能更好。

在本申请的部分实施例中，陶瓷预制体中所述蜂窝孔的孔径为10-100mm。该结构的蜂窝状陶瓷预制体与金属结合后的复合耐磨材料具有良好的冲击韧性，同时该复合耐磨材料种的陶瓷颗粒能够给金属提供充分的保护，减少金属的磨损，以增加复合材料的耐磨性能。

在本申请的部分实施例中，陶瓷预制体中的陶瓷颗粒在陶瓷金属复合耐磨材料中的体积分数为10-50％。陶瓷预制体的强度对复合耐磨材料的强度具有一定的影响，进而影响复合耐磨材料的耐磨性。为了得到较高强度的陶瓷预制体，陶瓷颗粒的用量及其与粘接剂的用量比例较为关键。陶瓷预制体中陶瓷颗粒的体积分数为上述范围时，陶瓷预制体的强度较高。

在本申请的部分实施例中，陶瓷预制体中陶瓷颗粒的粒径为10-60目。上述粒径的陶瓷颗粒有助于提高复合材料的强度，以提高其耐磨性能。

第二方面，本申请实施例提供了一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，包括：将经过预热的陶瓷预制体与金属熔体在模具中在压强为100MPa-150Mpa的条件下加压复合成型，将成型后的复合材料冷却至500-700℃，再进行回火处理，其中，陶瓷预制体为具有蜂窝孔的蜂窝结构。

本申请实施例的制备方法将陶瓷预制体的制成蜂窝状，不仅可以节约陶瓷材料，而且蜂窝孔可以更好的导流金属熔体使其与陶瓷颗粒接触。再通过加压成型工艺初步细化金属基体晶粒大小，并解决陶瓷金属界面润湿性差的难题，陶瓷金属结合更加紧密，表观线结合率90％，使得陶瓷与金属之间的界面结合强度得到大幅提升。将成型后的复合材料冷却至500-700℃，再进行回火处理，可以使得金属基体的晶粒充分细化，使得陶瓷金属复合耐磨材料具有更加细小的晶粒，耐磨材料的晶粒等效直径90％以上小于20微米。从而使该材料的耐磨性能更好。