[发明专利]一种陶瓷颗粒增强高锰钢基复合材料锤头及其制备方法

权利要求书

1.一种陶瓷颗粒增强高锰钢基复合材料锤头的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)使用酒精清洗ZTA陶瓷颗粒，对ZTA陶瓷颗粒表面进行除油、除灰处理，之后放置烘箱中备用；

(2)称取一定质量的ZTA陶瓷颗粒，按ZTA陶瓷颗粒质量的15～20％称取硅溶胶溶液，按ZTA陶瓷颗粒质量的6～10％称取B₂C陶瓷颗粒，将硅溶胶溶液与B₂C陶瓷颗粒混合，制取B₂C陶瓷颗粒浆液；使用喷淋装置以0.02MPa的压力将B₂C陶瓷颗粒浆液均匀喷淋至ZTA陶瓷颗粒表面，之后放至电阻丝炉中以100-200℃固化20-50分钟；

(3)硅溶胶溶液和Fe-Cr合金粉按2:1比例混合，制备Fe-Cr合金粉浆液，之后称取ZTA陶瓷颗粒质量的8～10％Fe-Cr合金粉浆液加入到步骤(2)制备而成的陶瓷颗粒中，混合均匀后放到网格状模具中制备网格状B₂C/Fe-Cr包覆ZTA陶瓷颗粒预制体，然后放至电阻丝炉中以200-300℃固化30-50分钟；

(4)制备消失模具、将网格状B₂C/Fe-Cr包覆ZTA陶瓷颗粒固定至模具工作面一侧，涂刷涂料并在60～70℃烘房中烘干；

(5)熔炼金属基体合金原料，出炉温度为1610～1670℃；

(6)浇注成型，浇注过程中持续使用负压设备对型腔内抽真空，浇注后20-50分钟后卸载真空载荷；

(7)在砂箱中冷却10-15小时后开箱，之后移至热处理炉；

(8)出炉，进行水韧处理；所述的水韧处理具体包括：以50℃/h升温至240℃，保温1小时；以50℃/h升温至560℃，保温1.5h；以30℃/h升温至830摄氏度，保温2.5h；以25℃/h升温至1105℃，保温3h；之后取出快速放至20℃的冷却水中，保证铸件完全浸入且向冷却水底部中持续吹入压缩气体，保证冷却水的温度不会超过40℃，通过此种工艺在铸件内部产生大量的高温奥氏体，增加铸件整体的抗冲击性；

所述陶瓷颗粒增强高锰钢基复合材料锤头包括金属基体、ZTA陶瓷陶瓷颗粒、B₂C层以及Fe-Cr合金层，所述ZTA陶瓷颗粒、B₂C层以及Fe-Cr合金层整体作为耐磨体且位于锤头的工作侧，所述ZTA陶瓷颗粒、B₂C层以及Fe-Cr合金层嵌入在所述金属基体内，所述B₂C层包覆在所述ZTA陶瓷层外侧，所述Fe-Cr合金层包覆在所述B₂C层外侧。

2.根据权利要求1所述的一种陶瓷颗粒增强高锰钢基复合材料锤头的制备方法，其特征在于：所述高锰钢材料包括如下重量百分比的成分：碳C：1.05～1.25％；锰Mn：15.0～17.0％；硅Si：0.7～1.0％；铬Cr：2.6～2.9％；镍Ni：2～3％；钛Ti：0.3～0.6％；锑Sb：0.4～0.55％；铜Cu：0.5～0.8％；钒V：0.6～0.9％；余量为Fe。

3.根据权利要求2所述的一种陶瓷颗粒增强高锰钢基复合材料锤头的制备方法，其特征在于：所述高锰钢材料中铬Cr的重量百分比为2.6～2.8％；磷的成分重量百分比为：小于或等于0.05％；硫的成分重量百分比为：小于或等于0.05％。

4.根据权利要求2所述的一种陶瓷颗粒增强高锰钢基复合材料锤头的制备方法，其特征在于：所述高锰钢材料包括如下重量百分比的成分：碳C：1.1～1.25％；锰Mn：16.0～17.0％；硅Si：0.7～0.85％；铬Cr：2.8～2.9％；镍Ni：2～3％；钛Ti：0.5～0.6％；锑Sb：0.4～0.55％；铜Cu：0.5～0.6％；钒V：0.8～0.9％；余量为Fe。

5.根据权利要求1所述的一种陶瓷颗粒增强高锰钢基复合材料锤头的制备方法，其特征在于：所述ZTA陶瓷颗粒粒径为2～3mm；所述B₂C层中B₂C陶瓷颗粒粒径为0.5～1μm，其厚度为12～16μm；所述Fe-Cr合金层中Cr的含量为62％，粒径为30～70μm，其厚度为20～24μm。