[发明专利]一种重力浸渗复合材料斗齿的高通量制备方法

说明书

本发明公开了一种重力浸渗复合材料斗齿的高通量制备方法，通过对氧化物陶瓷颗粒进行表面合金化处理，改善其与金属液的润湿性，再与合金粉末混合均匀、烧结形成预制体，然后放置在型腔中的特定位置，浇注金属液，冷却脱模后形成金属基复合材料。本发明通过控制陶瓷颗粒尺度与表面合金化处理工艺，实现高通量陶瓷颗粒预制体的制备，再通过多型腔串浇工艺，实现重力浸渗复合材料斗齿的高通量制备。本发明制备的复合材料具有界面结合强度高、耐磨性好的优点，同时制备工艺简单、效率高，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于耐磨材料制备技术领域，具体涉及一种重力浸渗复合材料斗齿的高通量制备方法。

背景技术

传统挖掘机斗齿通常采用单一高锰钢材质制造，铸造工艺简单，生产成本低。液态时具有很好的流动性，容易充型，铸造性能好。高锰钢铸态组织为奥氏体和沿晶界分布的网状碳化物，韧性较差，但在约1000℃高温下保温后网状碳化物溶入奥氏体中，经水淬后固溶到奥氏体中，可得到单一的奥氏体组织，因此具有优异的塑性和韧性，可以满足部件使用过程中的抗冲击作用，使用中安全可靠。

但是，高锰钢优异的耐磨性是建立在加工硬化基础上的，需要在高应力条件下服役才能充分加工硬化。针对挖掘机斗齿而言，在砂石等工况下，使用初期应力较小使得高锰钢形变较小，硬化程度较低，磨损较快。因此，采用表面复合化对铸件表面直接改性进而提高材料表面的耐磨性，已成为耐磨材料领域的研究前沿。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种重力浸渗复合材料斗齿的高通量制备方法，通过陶瓷颗粒表面改性，然后采用高通量无压烧结炉制备大批量陶瓷颗粒预制体，并借助于重力浸渗多型腔串浇工艺制备复合材料斗齿，可以大大提高斗齿材料的耐磨性。

本发明采用以下技术方案：

一种重力浸渗复合材料斗齿的高通量制备方法，对ZTA陶瓷颗粒进行镀覆；将镀覆过的ZTA陶瓷颗粒与NiTi合金粉末混合后压实；进行高通量无压烧结处理后获得高通量陶瓷颗粒预制体；使用重力浸渗多型腔串浇工艺将高通量陶瓷颗粒预制体制备成复合材料斗齿。

具体的，ZTA陶瓷颗粒的等效直径为0.3～1.2cm。

具体的，对ZTA陶瓷颗粒进行镀覆具体为：

将ZTA陶瓷颗粒清洗后烘干，放置在多弧离子镀膜仪的振动鼠笼中镀覆，同时使用两个NiTi合金靶材和两个Ni单质靶材进行镀覆，镀覆温度为400℃，时间为2～4h。

具体的，将镀覆过的ZTA陶瓷颗粒与NiTi合金粉末使用无球混料桶混合8～12h，NiTi合金粉末用量占ZTA陶瓷颗粒质量分数的10％～15％。

具体的，将镀覆过的ZTA陶瓷颗粒与NiTi合金粉末混合后放入石墨模具中压实，然后将石墨模具放在氧化铝托盘上，放入高通量无压烧结炉中，以恒定速率加热至烧结温度、保温后随炉冷却，获得高通量陶瓷颗粒预制体。

进一步的，石墨模具为蜂巢状结构，具有上压头和下顶出机构，内含宏观圆柱孔道，圆柱孔道的尺寸为φ20×(20～60)mm。

进一步的，氧化铝托盘为阵列式结构，包括三层，每层放置36个陶瓷颗粒预制体；每层之间通过氧化铝陶瓷柱隔开。

进一步的，高通量无压烧结炉内的真空度为(1～5)×10^-5MPa；恒定升温速率为10～12℃/min；烧结温度为1400～1500℃，保温时间为0.5～2h。

具体的，重力浸渗多型腔串浇采用高锰钢材质，浇注温度为1600～1650℃。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：