[发明专利]一种耐铝液熔蚀复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种耐铝液熔蚀复合材料的制备方法，本发明所述方法以钢、铬铁、硼铁、钼铁以及硅铁混合熔炼后作为基体，以超细陶瓷颗粒、还原Fe粉及Si粉，作为预制体原料。采用挤压铸造的方法，把预热好的预制体放在陶瓷管中固定，然后进行浇注和热处理，取出保温后的复合材料切成圆柱样。本发明所述方法通过挤压铸造工艺可以减少材料复合区Al元素扩散，减少金属化合物形成的厚度，进一步提高复合材料的耐铝液熔蚀性能；本发明所使用的陶瓷颗粒为超细粉与之前的研究比较起来，制备的复合材料分布均匀强度高，缺陷杂质少且不容易开裂，不仅保持优异的抗铝液熔蚀性能且具有很好的耐磨性，成本低效益好，使用寿命长。

技术领域

本发明属于复合材料的制造及应用领域，特别提供一种耐铝液熔蚀复合材料的制备方法，广泛应用于炼钢、管道、坩埚、搅拌头、料筒及日常生活等领域关于铝液的运输。

背景技术

我国铝的生产和应用非常普遍，生产量和消耗量都位列全球第一，并还有进一步扩大应用的前景。而在熔铝铸造、热浸镀铝及铝合金复合材料制造等行业，坩埚、铸模及搅拌头等重要零部件往往由于铝液的熔蚀而导致快速失效，并造成铝液污染、产品质量下降等问题，因此，提高这些与铝液接触的零部件的使用寿命具有重要的实际意义。当前生产过程中，用于铝液搅拌的工具通常使用造价便宜的碳钢或石墨制备而成，两者虽均已产业化，但其直接与高温铝液接触，腐蚀严重、烧损较大，会大大缩短搅拌工具的使用寿命，且易污染铝液。中国发明专利CN112760545A公开了一种耐铝液腐蚀的金属陶瓷复合材料、粉末及其涂层、沉没辊，但此方法是利用湿法球磨以及真空干燥工艺，制备时间长且成型困难；中国发明专利CN111218599A公开了一种TiB₂-WC-Fe-Co-Ni-Cr-Ti耐铝液腐蚀金属陶瓷整体材料的制备方法，但此方法是利用球磨和放电等离子烧结工艺，制备过程中损耗严重，制备成本高使用多种陶瓷粉末且成型工艺较复杂；中国发明专利CN104593620A公开了一种耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子制备及其修复方法，该发明通过在高强耐热钢基体上热喷涂NiAl，NiCrAl或NiCr涂层提高材料的耐熔蚀-磨损性能，但该方法制备工艺复杂，涂层与基体难免存在界面缺陷，结合强度低，在铝液冲蚀磨损作用下涂层易发生剥落；在整体材料中，Fe-Cr-B合金中的具有优异的耐铝液腐蚀性能，但是陶瓷颗粒粒径较大导致耐磨性不够且Fe-Cr-B合金中三维网状的Fe₂B割裂了材料的整体性，导致材料的韧性较差，限制了该材料的应用；中国专利(CN103938046A、CN103938051A)公开的一种耐铝液腐蚀的金属陶瓷材料，是一种替代现有铝液搅拌工具的新型耐铝液腐蚀材料，但其制备温度高于1000℃，操作危险很难精准控制，制备成本高。

从目前的研究来看，耐铝液腐蚀材料如钛合金、钨合金等金属材料和陶瓷以及金属/陶瓷复合材料耐铝液腐蚀性能较好，但钛合金、钨合金价格昂贵，陶瓷材料脆性大，不适合作为大型及复杂结构零部件使用。虽然钢铁本身的耐铝液腐蚀性能一般，使用寿命较短，但由于高的性价比，并且在其表面涂覆石墨等涂层后可获得一定的保护，这使得钢铁材料仍然广泛应用在铝工业中。表面涂层虽然在一定程度上提高了钢铁零部件的使用寿命，但依然没有从本质上解决其铝液腐蚀性能较差这一问题，一旦表面层不致密或者发生破裂，极易造成钢铁基体暴露在铝液中而被铝液腐蚀导致报废，只能依靠频繁更换零件来维持生产，并且世界环境日益变差，大气中腐蚀性气体越来越多，对材料的腐蚀程度变得越来越强，普通的铝合金材料已不能满足现代工业和成产的要求，因此急需一种改进的技术来解决上述技术缺陷，同时迫切需要开发耐铝液熔蚀，抗高温氧化的新材料，满足工业生产应用的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐铝液熔蚀复合材料的制备方法，该方法提高了钢铁复合材料本身的耐铝液熔蚀性能，使用超细陶瓷颗粒可以获得分布均匀的复合材料，比粒径较粗大的陶瓷颗粒复合材料缺陷少且不易开裂，耐磨性能与力学性能突出，具体包括以下步骤：