氧化物陶瓷鐵基耐磨復(fù)合材料生產(chǎn)工藝研究

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1、氧化物陶瓷鐵基耐磨復(fù)合材料生產(chǎn)工藝研摘要述氧化物陶瓷/鐵基耐磨復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)目前國(guó)內(nèi)外氧化物陶瓷/鐵基耐磨復(fù)合材料的制備方法進(jìn)行分析，氧化物陶瓷/鐵基耐磨復(fù)合材料的研究方向應(yīng)集中在界面問(wèn)題、陶瓷與金屬內(nèi)部的復(fù)合結(jié)構(gòu)形式、制備工藝綜述氧化物陶瓷鐵基耐磨復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)目前國(guó)內(nèi)氧化物陶瓷鐵基耐磨復(fù)合材料的制備方法進(jìn)行描述及改進(jìn)制備工藝進(jìn)行研究。關(guān)鍵詞氧化物；陶瓷；鐵基；復(fù)合材料；潤(rùn)濕性中圖分類號(hào)TF12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1674-6708(2014)123-0135-020引言氧化物陶瓷/鐵基耐磨復(fù)合材

2、料，氧化物陶瓷的特性有機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨性能好、耐腐蝕性好、熱穩(wěn)定性好，缺點(diǎn)是易碎裂、不易加工、驟冷驟熱性能不良。金屬合金材料加工性能好、韌性好，但耐磨性能不良。如何把陶瓷的優(yōu)良特性與金屬合金材料優(yōu)良特性結(jié)合起來(lái)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，國(guó)內(nèi)外都做了大量的研究與實(shí)踐。因此，具有陶瓷的優(yōu)良特性及耐磨性能，又具有金屬材料的優(yōu)良特性的耐磨復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于各種耐磨領(lǐng)域。這就需要把陶瓷與金屬?gòu)?fù)合到一起，但現(xiàn)有的生產(chǎn)制作工藝復(fù)雜，對(duì)工藝裝備要求高，生產(chǎn)成本居高不下，很難被多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)采用，因此，我們要研究一種生產(chǎn)工藝來(lái)降低生產(chǎn)成本，能讓多

3、數(shù)普通企業(yè)能用上高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性、高韌性的復(fù)合材料。1背景磨損是零部件失效的一種基本類型，普遍存在于冶金、礦山、電力、機(jī)械、國(guó)防、軍工、航空航天等許多工業(yè)部門,這造成了材料的極大浪費(fèi)和能源的巨大消耗。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)每年消耗金屬耐磨材料高達(dá)600萬(wàn)噸以上。以上數(shù)據(jù)可知，提高機(jī)械設(shè)備及零部件的耐磨損性能，可以大大減少能源消耗，提高生產(chǎn)效率。眾所周知，陶瓷具有很高的耐磨損性能，而金屬具有良好的韌性。這些性能很難在同一材料中協(xié)調(diào)一致，為了解決這一矛盾，使用氧化物陶瓷鐵基耐磨復(fù)合材料是較好的選擇。2現(xiàn)行生產(chǎn)工

4、藝現(xiàn)行生產(chǎn)工藝有幾大類：1）將制備好的氧化物陶瓷顆粒與自熔性金屬合金粉末混合后（按一定比例）用油壓機(jī)或等靜壓壓制成工藝所需的形狀，用高于自熔性金屬合金熔點(diǎn)的溫度下，進(jìn)行燒結(jié)；2）將制備好的氧化物陶瓷顆粒與自熔性金屬合金粉末混合燒結(jié)，是利用自熔性金屬合金與氧元素結(jié)合能力的差異，將金屬?gòu)钠溲趸镏兄脫Q出來(lái)，形成氧化物陶瓷/鐵基耐磨復(fù)合材料；3）將自熔性金屬合金熔液熔滲到陶瓷預(yù)制體多孔之中。上述方法只能生產(chǎn)小型復(fù)合材料塊，無(wú)法將復(fù)合材料復(fù)合到需要耐磨的部位，運(yùn)用到礦山機(jī)械、粉碎設(shè)備上難度很大。此工藝經(jīng)濟(jì)性稍差。3研究方向

5、氧化物陶瓷鐵合金復(fù)合材料性能優(yōu)良，但與大型結(jié)構(gòu)件復(fù)合復(fù)合困難，制備過(guò)程比較復(fù)雜。雖然，現(xiàn)有工藝解決了一些問(wèn)題，在制作單個(gè)氧化物陶瓷鐵合金復(fù)合材料上等研究取得了一定的進(jìn)展，在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域但仍未開(kāi)發(fā)出適合實(shí)際的產(chǎn)品。因此，需要研究開(kāi)發(fā)出適合的新型制備工藝。我們主要研究方向是如何將復(fù)合材料復(fù)合到需要耐磨的部位，運(yùn)用到礦山機(jī)械、粉碎設(shè)備上，重點(diǎn)在能降低成本、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)進(jìn)行研究探討。4實(shí)施方法1）合金耐磨預(yù)制件制成工藝：將氧化物陶瓷顆粒與自熔性合金粉末按比例用機(jī)械進(jìn)行充分混合，依據(jù)用戶產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同設(shè)計(jì)不同的模具，在油壓機(jī)

6、下將合金耐磨預(yù)制件壓制制成特定形狀，如柱狀、條狀、塊狀、蜂窩狀等；2）冶金工藝：將耐磨預(yù)制件置于用泡沫、塑料等高分子有機(jī)材料制作的實(shí)體模具內(nèi)用真空冶金鑄造工藝進(jìn)行復(fù)合鑄造。利用金屬母液的溫度將合金耐磨預(yù)制件燒制成型并與合金耐磨預(yù)制件形成冶金結(jié)合面。該工藝設(shè)備投資小、工藝簡(jiǎn)單、金屬母體與耐磨預(yù)制件冶金結(jié)合面良好。5工藝過(guò)程1）將粒徑為8目的氧化物陶瓷顆粒10%、粒徑為30目的氧化物陶瓷顆粒39%、粒徑為60目的氧化錯(cuò)陶瓷顆粒48%與自熔性鐵基合金粉末7%,使用水溶性樹(shù)脂4%機(jī)械混合均勻得混合物，放入油壓機(jī)中用模具壓制

7、成型然后放入80°C的烘箱中烘干得到耐磨預(yù)制件；2）將耐磨預(yù)制件在800°C的箱式爐中進(jìn)行排膠；3）將排膠后的耐磨預(yù)制件涂抹硬釬劑；4）將涂抹硬釬劑的耐磨預(yù)制件置于用泡沫、塑料等高分子有機(jī)材料制作成為與要生產(chǎn)鑄造的零件結(jié)構(gòu)、尺寸完全一樣的實(shí)體模具內(nèi)；5）實(shí)體模具經(jīng)過(guò)浸涂強(qiáng)化涂料并烘干后，裝入真空造型砂箱中排列好做好澆鑄口，然后用干石英砂埋好，經(jīng)三維振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)埋實(shí)；6）用中頻感應(yīng)煉鋼爐將耐磨基礎(chǔ)件金屬母體常用耐磨件的高猛鋼、合金鋼、高碳鎔鐵熔化成金屬液，用澆包將合金鋼水澆鑄到真空造型砂箱上的澆鑄口中，真空造型砂箱在0

8、.5Pa的負(fù)壓狀態(tài)下澆入熔化的合金金屬液，使高分子有機(jī)材料實(shí)體模型受熱氣化被抽出，被液體合金金屬取代冷卻凝固后成型，同時(shí)利用合金金屬母液的溫度將耐磨預(yù)制件燒制成型并與耐磨預(yù)制件形成冶金結(jié)合面。6優(yōu)點(diǎn)1）利用合金金屬母液的溫度將耐磨預(yù)制件燒制成型并與耐磨基礎(chǔ)件形成冶金結(jié)合面。耐磨件基體和氧化物陶瓷不會(huì)發(fā)生變形；2）工藝簡(jiǎn)單、制作材料不需進(jìn)行熱處理就能達(dá)到所需硬