[发明专利]一种陶瓷颗粒镶铸增强金属基耐磨复合板的制备方法

说明书

本发明公开一种陶瓷颗粒镶铸增强金属基耐磨复合板的制备方法，属于金属基耐磨复合材料制备方法技术领域。将陶瓷颗粒和合金粉末球磨混合均匀，将混合后的粉末通过压片装置以一定压力压制预制体并等压一段时间，将预制体棒在真空管式炉中烧结冷却后获得陶瓷颗粒预制体棒。将烧结后的预制体棒放置在铸形型腔内，与金属基体进行浇注复合，将冷却后的复合板进行热处理，获得含碳化物等复相组织的耐磨复合板。本发明提出的制备方法设计灵活、操作简便，适用于生产大批量形状复杂的铸件，可获得具有高硬度和高耐磨性的陶瓷颗粒增强金属基复合板。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷颗粒镶铸增强金属基耐磨复合板的制备方法，属于金属材料耐磨复合技术领域。

背景技术

在磨矿过程中衬板保护筒体免受直接的冲击力，导板主要用来制作无缝钢管时在钻孔过程中支撑固定管壁，由于摩擦较大造成损耗较多。目前国内多使用高锰钢作为复合板材料，高锰钢在较大冲击作用下产生加工硬化提高硬度，但其在中低载荷冲击条件下不能充分发挥加工硬化的能力，硬度不足，耐磨性较差。此外，高铬铸铁和合金碳钢复合板其硬度较高且耐磨，但由于贵金属元素及Cr含量较高导致成本较高，韧性不足易断裂。

陶瓷颗粒增强金属耐磨复合材料因其兼具高硬度、高强度、高模量，以及金属基的良好塑韧性被研究及应用。中国发明专利CN 110202091 A公布了一种碳化钨颗粒增强整体复合材料的制备方法，通过将碳化钨颗粒与聚苯乙烯泡沫在酚醛树脂水分散体为粘合剂下制成消失模，埋入型砂中与高铬铸铁铸渗获得复合材料，但其在复合过程中产生的气体不易排除，且制备工艺复杂。中国发明专利CN 103394671 A提出了一种消失模铸造高锰钢耐磨表面复合材料的制备工艺，采用消失模铸造工艺将SiC颗粒等涂覆在模样上，但其适用的耐磨件规格尺寸形状简单，耐磨复合层较薄，且工作磨损面不耐磨，导致材料快速失效。

发明内容

为了克服上述耐磨材料的不足，本发明的目的在于提供一种硬度高、韧性优异，耐磨性较好，生产成本适中，适合大批量复杂形状耐磨复合板的方法。

本发明的技术方案为：一种陶瓷颗粒镶铸增强金属基耐磨复合板的制备方法，包括以下步骤：

(1)混粉压制：将陶瓷颗粒与合金粉末在高能球磨机中球磨一段时间，使颗粒和粉末混合均匀，将混合均匀的粉末压制成形得到预制坯料。

(2)将压制后的预制体棒放置在陶瓷舟中，通过真空管式炉进行粉末冶金烧结，在保护气氛下升温至设定温度进行保温处理，然后冷却至室温，获得烧结后的预制体棒。

(3)镶铸复合：根据铸件性能使用需求，利用粘结物将烧结后的预制体棒固定在砂型型腔内，将金属基体所需原材料熔炼至液态，再将不同成分的金属液与预制体棒通过镶铸法进行固液复合，获得铸态复合板(例如衬板或者导板)。

(4)热处理工艺：将铸态复合板的飞边毛刺去除，先在热处理炉中进行加热至奥氏体化温度保温一段时间，然后进行水空交替循环淬火处理，冷却后获得高耐磨复合板。

优选的，本发明所述陶瓷颗粒为碳化钨、碳化硅、碳化钛、氧化铝中的一种，合金粉末为钴、镍、钼、铬和铁粉中的一种或几种，金属基体为高铬铸铁、碳钢或者高锰钢。

优选的，本发明步骤(1)中球磨工艺为：采用球磨机球磨时先正转60-80min后停转15min，再反转60-80min后停转15min，正反转过程重复为3次，球磨介质大球和小球个数比为1:5。

优选的，本发明所述预制坯料压制工艺为：通过粉末压片机对球磨均匀后的粉末进行多步施压，先在压强为580-660Mpa的条件下保压5-10min后卸载，再加压至540-580MPa保压5-7min。