[发明专利]一种金属基耐磨复合材料预制体的成型方法

说明书

本发明公开一种金属基耐磨复合材料预制体的成型方法，属于金属基复合材料技术领域。本发明所述方法为先选择三维结构类型，对预制体的三维结构等参数进行设定，利用3D打印设备制备可拆卸预制体模具；随后选取陶瓷颗粒和合金粉末，制备出三维结构预制体，然后将金属液浇注在型腔中，使金属液与预制体充分发生反应，最终生成陶瓷颗粒增强金属基复合材料。本发明工艺流程简单，预制体模具可拆卸，可重复利用，降低生产成本；预制体三维结构设计可使陶瓷颗粒与金属基体材料润湿性好，结合更牢固，用于制备金属基复合材料的性能得到了显著的提升，复合层硬度相较于基体提升了3.75‑4.04倍。

技术领域

本发明涉及一种金属基耐磨复合材料预制体的成型方法，属于金属基复合材料制造技术领域。

背景技术

现代工业迫切需要能在恶劣磨损工况如高温、高速摩擦磨损下有效工作的工件。在工业生产中的许多领域如燃煤电厂、水泥、钢铁、矿山等领域都存在恶劣的工作环境，要求工作部件同时具备耐磨耐热或耐磨耐冲击综合性能，因此具有单一性能的材料已不能满足工况的需求，各种陶瓷颗粒增强铁基耐磨材料受到研究者越来越多的重视。与传统的金属耐磨材料相比，陶瓷颗粒增强金属基表面复合材料将金属材料的高强韧性和陶瓷颗粒的高硬度有效结合起来，形成整体耐冲击和表面耐磨损的高性能材料，从而引起了广泛的研究。

中国发明专利（ZL201010235198）是将陶瓷颗粒和金属粉混合后填充于石墨模具中，然后连同模具一起放入真空炉中烧结，金属粉将陶瓷颗粒粘结成预制体，然后再将预制体浇铸在耐磨件的表面，但该工艺制备的预制体存在孔隙度大、耐磨寿命短等缺陷。中国发明专利（ZL201110445138)采用了一种陶瓷颗粒增强钢铁基网格状复合材料的制备方法，通过粉末烧结将硬质陶瓷颗粒和合金粉的混合物烧结成条状块，将条状块拼接成网状结构或者网状立体骨架结构，采用砂型或消失模铸造熔炼基材金属材料，将其浇注入型腔中，室温冷却凝固得到所需复合材料。该工艺存在以下缺陷：对于球面或其他不规则形状的耐磨面，条状块难以实现；条状块不利于大中型耐磨件制备；浇铸后条状块粘结处无金属材料，留有缝隙，存在使用隐患。中国发明专利（ZL92104706）采用的工艺步骤是将制备好的消失模放入铸型中，这样在消失模和铸型间就形成空隙。将空隙填满硬质颗粒，合箱抽真空浇注，从而在表面形成含硬质颗粒的耐磨材料。该方法工艺复杂，不能很好的将消失模负压铸造工艺的优点利用起来，生产效率低，且复合层厚度低，很容易在结合区形成几种的缩孔缺陷，影响复合区整体性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成型效率高、强度高、低成本、工艺简单的多形状金属基耐磨复合材料预制体的成型方法，先选择三维结构类型，对预制体的三维结构等参数进行设定，利用3D打印设备制备可拆卸预制体模具。随后选取陶瓷颗粒和合金粉末，制备出三维结构预制体，包括如下步骤：

（1）根据三维结构类型的选择，对预制体的三维结构参数进行设定，利用3D打印设备制备预制体模具，最后将预制体模具模块装好，固定后，用氟素高效脱模剂喷洒均匀。

（2）选取陶瓷颗粒和合金粉末，按比例置于真空球磨罐中进行真空球磨，混合均匀后以水玻璃作为粘结剂，将陶瓷颗粒与粘结剂混合均匀得混合物，其中，粘结剂的加入量是陶瓷颗粒质量的4%-6%。

（3）将混合好的混合粉末和粘结剂装填于步骤（1）打印组合好的预制体模具中，利用粉末压制装置压实。

（4）将压实好的预制体混合物模具进行固化烧结7~10min后取出，沿预制体长度方向脱模后得到三维结构预制体，所述三维结构预制体中间设有孔洞，壁厚为2.5~7.5mm，如图2所示。