一种锆刚玉高铬铸铁复合材料的制备方法
阅读：2发布：2022-12-05
专利汇可以提供一种锆刚玉高铬铸铁复合材料的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种锆刚玉高铬 铸 铁 复合材料 的制备方法，制备出来的复合材料硬度、 耐磨性 以及韧性高，锆刚玉与高铬 铸铁 之间的结合强度高。其制备过程包括以下步骤：对锆刚玉陶瓷颗粒进行改性，获得表面 镀 有镍层的锆刚玉陶瓷颗粒，冲洗烘干后待用；对 泡沫 板材进行切割，获得泡沫试样、横浇道、直浇道和内浇道，将锆刚玉陶瓷颗粒涂覆在泡沫试样表面，将泡沫试样和横浇道、直浇道以及内浇道粘结成一体，浸挂涂料后烘干，获得消失模白模；将制备好的消失模白模放入砂箱，填入干砂振实，刮平，用塑料 薄膜 覆盖 ，放上 浇口杯 ，砂型下部使用 真空 泵 抽气形成 负压 ；砂紧固成型后，浇铸高铬铸铁金属液，浇铸完成后释放真空，冷却、 凝固 后取出铸件，再进行 热处理 。，下面是一种锆刚玉高铬铸铁复合材料的制备方法专利的具体信息内容。
1.一种锆刚玉高铬铸铁复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
对锆刚玉陶瓷颗粒进行改性，获得表面镀有镍层的锆刚玉陶瓷颗粒，冲洗烘干后待用；
用电热阻丝对泡沫板材进行切割，获得泡沫试样、横浇道、直浇道和内浇道，将锆刚玉陶瓷颗粒涂覆在泡沫试样表面，烘干后将泡沫试样和横浇道、直浇道以及内浇道粘结成一体，浸挂涂料后烘干，获得消失模白模；
将制备好的消失模白模放入砂箱，填入干砂振实，刮平，用塑料薄膜覆盖，放上浇口杯，砂型下部使用真空泵抽气形成负压；
砂紧固成型后，浇铸高铬铸铁金属液，浇铸完成后释放真空，冷却、凝固后取出铸件，再进行热处理即获得陶瓷金属复合材料；其中，高铬铸铁金属液按重量百分比计的化学成分如下：C:2.86 2.95%，Cr:24.5 24.9%，Si:0.72 0.83%，Mn:2.15 2.35%，Mo:0.25 0.35%，Cu:
~ ~ ~ ~ ~
0.35 0.40%，Ni:0.85 1.25%，P:0.03 0.04%，S:0.01 0.02%，余量为铁。
~ ~ ~ ~
2.根据权利要求1所述的锆刚玉高铬铸铁复合材料的制备方法，其特征在于，所述锆刚玉陶瓷颗粒改性的步骤如下：
用砂纸打磨锆刚玉陶瓷颗粒，使之达到预定粗糙度；
将预处理后的锆刚玉陶瓷颗粒放在无水酒精中，利用超声波震荡清洗15 20分钟，清洗~
后烘干；
将除污后的锆刚玉陶瓷颗粒放入粗化液中，粗化液温度在15 30℃，粗化时间为4 5分~ ~
钟；
将粗化后的锆刚玉陶瓷颗粒取出，清洗烘干后放在敏化液中，常温下敏化8 12分钟，敏~
化后的锆刚玉陶瓷颗粒取出，放在丙酮溶液中进行超声波清洗，清洗后烘干；
将锆刚玉陶瓷颗粒放在活化液中，活化液的温度在45 50℃，活化时间为8 12分钟，活~ ~
化后清洗烘干；
将活化后的陶瓷颗粒放在化学镀液中，调整化学镀液的温度和pH，使之温度在80 85~
℃，pH值在4.5 5.5，施镀时间为25 30分钟。
~ ~
3.根据权利要求2所述的锆刚玉高铬铸铁复合材料的制备方法，其特征在于，所述粗化液包括3%HNO3和2%HF，所述3%HNO3和2%HF的体积分数分别为60%和40%。
4.根据权利要求2所述的锆刚玉高铬铸铁复合材料的制备方法，其特征在于，所述敏化液包括40g/L SnCl2和4%HCl，配制时首先将SnCl2加入HCl溶液中，然后再用水稀释，若有白色沉淀生成对敏化液进行过滤。
5.根据权利要求2所述的锆刚玉高铬铸铁复合材料的制备方法，其特征在于，所述活化液包括0.125g/L PdCl2,和4%HCl，配制时将定量的PdCl2放入在盐酸中，搅拌使之充分溶解。
6.根据权利要求2所述的锆刚玉高铬铸铁复合材料的制备方法，其特征在于，所述化学镀液包括8g/L NiSO4、30g/L 、15g/L CH3COONa、25g/L柠檬酸钠、8ml/L 乳酸C3H6O3，配制时先将NiSO4溶液缓慢加入柠檬酸钠溶液中，再加入完全溶解的溶液，最后依次加入CH3COONa、乳酸。
7.根据权利要求2 6任一项所述的锆刚玉高铬铸铁复合材料的制备方法，其特征在于，~
施镀过程中向化学镀液中加入氟化钠加速剂及硫脲稳定剂，以使施镀能持续平稳进行。
8.根据权利要求1所述的锆刚玉高铬铸铁复合材料的制备方法，其特征在于，所述热处理具体包括以下步骤：
将铸件放在加热炉中进行加热，加热时间为1.5 2小时，加热温度至1010 1050℃后进~ ~
行保温，保温时间为1.5 2小时；
~
将铸件出炉进行淬火；
将淬火后的铸件回炉进行加热，加热时间为1.5 2小时，加热温度至450 460℃后进行~ ~
保温，保温时间为1.5 2小时；
~
将铸件出炉空冷至室温。
9.根据权利要求1所述的锆刚玉高铬铸铁复合材料的制备方法，其特征在于，浇铸前砂箱内的真空度在0.04 0.05Mpa，浇铸过程中保持负压。
~
10.根据权利要求1所述的锆刚玉高铬铸铁复合材料的制备方法，其特征在于，所述高铬铸铁金属液的出炉温度为1510 1520℃。
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一种锆刚玉高铬铸铁复合材料的制备方法
技术领域
背景技术
[0002] 众所周知，互相接触或者相对运动的两个物体，其表面都会发生摩擦，一般情况下，摩擦时往往又伴随着磨损，而磨损到一定程度时，必然会导致各种机器或者零部件的失效，带来极大的安全隐患。我国又是一个制造大国，在我国，类似于冶金、矿山、建材、电力、煤炭等部门对矿山机械、工程机械和各种破碎粉磨设备的使用量很大，这些设备一般都运行在恶劣工况之下，一部分零部件由于受到砂石、矿石、土壤等各种物料和研磨体的磨损，每年会消耗大量金属。所以提高材料的耐磨性及其使用寿命具有非常重要的经济意义和现实意义。
[0003] 实际工况下，一些易损零部件不仅存在着磨料磨损，而且往往伴随着腐蚀磨损与高温磨损，处在一种复合磨损工况中，多种因素相互作用，加剧了零件的磨损失效。这一类工况常见于矿山、冶金、建材等工业生产中，如输送含煤泥、矸石的浓浆泵，其内部易损零部件耐磨眼镜板，在承受冲蚀磨损的同时又受到过流介质的腐蚀，使用寿命很短，该部件体积虽小，但技术要求高，制造难度较大。在这种类似的复合磨损工况条件下，对于易损零部件的消耗量非常之大。所以，针对这种在恶劣工况下运行的零部件，如果能够采用一种简单有效的制备工艺，在其工作表面获得高硬度的同时还能保证内部具有一定的冲击韧性，则会大大提升其耐磨性及使用寿命。陶瓷颗粒增强金属基耐磨复合材料的研究引起了很多相关领域专家的重视，相关文献表明，在耐磨金属材料表面复合一定厚度的硬质颗粒，不仅能够提高易损零件的可靠性及使用寿命，也能改善易损零件的使用性能和质量，对于提高经济效益，推动高新技术的发展及节约能源等都具有非常重要的意义。
发明内容
[0004] 本发明正是针对现有技术存在的不足，提供了一种锆刚玉高铬铸铁复合材料的制备方法。
[0005] 为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：一种锆刚玉高铬铸铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：
对锆刚玉陶瓷颗粒进行改性，获得表面镀有镍层的锆刚玉陶瓷颗粒，冲洗烘干后待用；
用电热阻丝对泡沫板材进行切割，获得泡沫试样、横浇道、直浇道和内浇道，将锆刚玉陶瓷颗粒涂覆在泡沫试样表面，烘干后将泡沫试样和横浇道、直浇道以及内浇道粘结成一体，浸挂涂料后烘干，获得消失模白模；
将制备好的消失模白模放入砂箱，填入干砂振实，刮平，用塑料薄膜覆盖，放上浇口杯，砂型下部使用真空泵抽气形成负压；
砂紧固成型后，浇铸高铬铸铁金属液，浇铸完成后释放真空，冷却、凝固后取出铸件，再进行热处理即获得陶瓷金属复合材料；其中，高铬铸铁金属液按重量百分比计的化学成分如下：C:2.86 2.95%，Cr:24.5 24.9%，Si:0.72 0.83%，Mn:2.15 2.35%，Mo:0.25 0.35%，Cu:
~ ~ ~ ~ ~
0.35 0.40%，Ni:0.85 1.25%，P:0.03 0.04%，S:0.01 0.02%，余量为铁。
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对锆刚玉陶瓷颗粒进行改性，获得表面镀有镍层的锆刚玉陶瓷颗粒，冲洗烘干后待用；
用电热阻丝对泡沫板材进行切割，获得泡沫试样、横浇道、直浇道和内浇道，将锆刚玉陶瓷颗粒涂覆在泡沫试样表面，烘干后将泡沫试样和横浇道、直浇道以及内浇道粘结成一体，浸挂涂料后烘干，获得消失模白模；
将制备好的消失模白模放入砂箱，填入干砂振实，刮平，用塑料薄膜覆盖，放上浇口杯，砂型下部使用真空泵抽气形成负压；
砂紧固成型后，浇铸高铬铸铁金属液，浇铸完成后释放真空，冷却、凝固后取出铸件，再进行热处理即获得陶瓷金属复合材料；其中，高铬铸铁金属液按重量百分比计的化学成分如下：C:2.86 2.95%，Cr:24.5 24.9%，Si:0.72 0.83%，Mn:2.15 2.35%，Mo:0.25 0.35%，Cu:
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0.35 0.40%，Ni:0.85 1.25%，P:0.03 0.04%，S:0.01 0.02%，余量为铁。
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[0006] 优选地，所述锆刚玉陶瓷颗粒改性的步骤如下：用砂纸打磨锆刚玉陶瓷颗粒，使之达到预定粗糙度；
将预处理后的锆刚玉陶瓷颗粒放在无水酒精中，利用超声波震荡清洗15 20分钟，清洗~
后烘干；
将除污后的锆刚玉陶瓷颗粒放入粗化液中，粗化液温度在15 30℃，粗化时间为4 5分~ ~
钟；
将粗化后的锆刚玉陶瓷颗粒取出，清洗烘干后放在敏化液中，常温下敏化8 12分钟，敏~
化后的锆刚玉陶瓷颗粒取出，放在丙酮溶液中进行超声波清洗，清洗后烘干；
将锆刚玉陶瓷颗粒放在活化液中，活化液的温度在45 50℃，活化时间为8 12分钟，活~ ~
化后清洗烘干；
将活化后的陶瓷颗粒放在化学镀液中，调整化学镀液的温度和pH，使之温度在80 85~
℃，pH值在4.5 5.5，施镀时间为25 30分钟。
~ ~
将预处理后的锆刚玉陶瓷颗粒放在无水酒精中，利用超声波震荡清洗15 20分钟，清洗~
后烘干；
将除污后的锆刚玉陶瓷颗粒放入粗化液中，粗化液温度在15 30℃，粗化时间为4 5分~ ~
钟；
将粗化后的锆刚玉陶瓷颗粒取出，清洗烘干后放在敏化液中，常温下敏化8 12分钟，敏~
化后的锆刚玉陶瓷颗粒取出，放在丙酮溶液中进行超声波清洗，清洗后烘干；
将锆刚玉陶瓷颗粒放在活化液中，活化液的温度在45 50℃，活化时间为8 12分钟，活~ ~
化后清洗烘干；
将活化后的陶瓷颗粒放在化学镀液中，调整化学镀液的温度和pH，使之温度在80 85~
℃，pH值在4.5 5.5，施镀时间为25 30分钟。
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[0007] 优选地，所述粗化液包括3%HNO3和2%HF，所述3%HNO3和2%HF的体积分数分别为60%和40%。
[0008] 优选地，所述敏化液包括40g/L SnCl2和4%HCl，配制时首先将SnCl2加入HCl溶液中，然后再用水稀释，若有白色沉淀生成对敏化液进行过滤。
[0009] 优选地，所述活化液包括0.125g/L PdCl2,和4%HCl，配制时将定量的PdCl2放入在盐酸中，搅拌使之充分溶解。
[0010] 优选地，所述化学镀液包括8g/L NiSO4、30g/L 、15g/L CH3COONa、25g/L柠檬酸钠、8ml/L 乳酸C3H6O3，配制时先将NiSO4溶液缓慢加入柠檬酸钠溶液中，再加入完全溶解的 溶液，最后依次加入CH3COONa、乳酸。
[0011] 优选地，施镀过程中向化学镀液中加入氟化钠加速剂及硫脲稳定剂，以使施镀能持续平稳进行。
[0012] 优选地，所述热处理具体包括以下步骤：将铸件放在加热炉中进行加热，加热时间为1.5 2小时，加热温度至1010 1050℃后进~ ~
行保温，保温时间为1.5 2小时；
~
将铸件出炉进行淬火；
将淬火后的铸件回炉进行加热，加热时间为1.5 2小时，加热温度至450 460℃后进行~ ~
保温，保温时间为1.5 2小时；
~
将铸件出炉空冷至室温。
行保温，保温时间为1.5 2小时；
~
将铸件出炉进行淬火；
将淬火后的铸件回炉进行加热，加热时间为1.5 2小时，加热温度至450 460℃后进行~ ~
保温，保温时间为1.5 2小时；
~
将铸件出炉空冷至室温。
[0013] 优选地，浇铸前砂箱内的真空度在0.04 0.05Mpa，浇铸过程中保持负压。~
[0014] 优选地，所述高铬铸铁金属液的出炉温度为1510 1520℃。~
[0015] 渗透机理分析如下：金属液充型过程中，高温的金属液迅速将砂箱内的泡沫熔化，开始向陶瓷颗粒层之间铸渗，在此过程中，铸渗的动力有金属液的静压力以及真空泵施加的外界负压，铸渗的阻力有砂型内部空气阻力，泡沫及涂覆层粘结剂燃烧时释放的气体阻力，金属液内摩擦力。金属液的曲面附加压力在与颗粒不润湿的情况下为阻力，在润湿的情况下为动力，所以颗粒有镀镍层时曲面附加压力属于铸渗动力范畴。高温的铁液在流进陶瓷颗粒层之间时，铁液与陶瓷表面镀镍层之间的润湿角小于90°，微观上凹凸不平的陶瓷颗粒表面附着的气体容易被铁液排开，从而使陶瓷颗粒与金属液通过镀层直接接触，因此界面结合紧密。随后，镀镍层在高温下熔解扩散进金属基体中，相当于添加合金元素到高铬铸铁靠近复合界面的区域，对改善金属对陶瓷的润湿性有较大影响，其机制为合金元素在液态金属表面及固液界面的吸附和富集，降低了液态金属表面张力及固液界面张力，从而也达到界面结合致密的效果。
[0016] 金属液冷却凝固过程中，一方面由于陶瓷颗粒发生马氏体相变体积膨胀，陶瓷本身热膨胀系数又较小，冷却过程中金属基体的收缩更加紧密的包裹陶瓷颗粒，提高了陶瓷颗粒与基体的结合能力，有效防止陶瓷颗粒在磨料磨损条件下整体剥落；另一方面金属基体之间连接在一起，整颗陶瓷颗粒都被金属基体完全包围，更加有利于提高复合材料的整体抗冲击韧性。
[0017] 本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：在浇筑前对锆刚玉陶瓷颗粒表面进行了镀镍处理，施镀后陶瓷颗粒表面具有金属光泽，镀镍均匀，有良好的耐腐蚀性并且有一定的抗磨损能力；镀镍后的陶瓷颗粒与金属之间的结合强度高，有助于获得质量良好的复合层。
[0018] 在浇铸时采用消失模负压铸渗工艺，抽负压，金属液流动性和液铸渗动力大大提高，金属液能够顺利地浸渗进入陶瓷颗粒层之间，并成功制备得到了陶瓷金属复合材料。制备得到的陶瓷金属复合材料洛氏硬度、冲击韧性、整体耐磨性能得到了较大提升，且层次分明，在复合界面处陶瓷颗粒与金属基体之间未发生元素扩散，陶瓷颗粒与金属之间的结合机制为机械结合，陶瓷颗粒与金属基体复合界面结合紧密。
[0019] 在浇铸后对铸件进行了热处理，热处理的复合材料耐磨性能有着极大的提高，且复合材料的复合界面处出现宽度约为9um的过渡区，此区域内夹杂着破碎的陶瓷微粒与金属基体，两者结合良好。
具体实施方式
[0021] 下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。
[0022] 一种锆刚玉高铬铸铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：对锆刚玉陶瓷颗粒进行改性，获得表面镀有镍层的锆刚玉陶瓷颗粒，冲洗烘干后待用；
用电热阻丝对泡沫板材进行切割，获得泡沫试样、横浇道、直浇道和内浇道，将锆刚玉陶瓷颗粒涂覆在泡沫试样表面，烘干后将泡沫试样和横浇道、直浇道以及内浇道粘结成一体，浸挂涂料后烘干，获得消失模白模；
将制备好的消失模白模放入砂箱，填入干砂振实，刮平，用塑料薄膜覆盖，放上浇口杯，砂型下部使用真空泵抽气形成负压；
砂紧固成型后，浇铸高铬铸铁金属液，浇铸完成后释放真空，冷却、凝固后取出铸件，再进行热处理即获得陶瓷金属复合材料；其中，高铬铸铁金属液按重量百分比计的化学成分如下：C:2.86 2.95%，Cr:24.5 24.9%，Si:0.72 0.83%，Mn:2.15 2.35%，Mo:0.25 0.35%，Cu:
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0.35 0.40%，Ni:0.85 1.25%，P:0.03 0.04%，S:0.01 0.02%，余量为铁。
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用电热阻丝对泡沫板材进行切割，获得泡沫试样、横浇道、直浇道和内浇道，将锆刚玉陶瓷颗粒涂覆在泡沫试样表面，烘干后将泡沫试样和横浇道、直浇道以及内浇道粘结成一体，浸挂涂料后烘干，获得消失模白模；
将制备好的消失模白模放入砂箱，填入干砂振实，刮平，用塑料薄膜覆盖，放上浇口杯，砂型下部使用真空泵抽气形成负压；
砂紧固成型后，浇铸高铬铸铁金属液，浇铸完成后释放真空，冷却、凝固后取出铸件，再进行热处理即获得陶瓷金属复合材料；其中，高铬铸铁金属液按重量百分比计的化学成分如下：C:2.86 2.95%，Cr:24.5 24.9%，Si:0.72 0.83%，Mn:2.15 2.35%，Mo:0.25 0.35%，Cu:
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0.35 0.40%，Ni:0.85 1.25%，P:0.03 0.04%，S:0.01 0.02%，余量为铁。
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[0023] 优选地，浇铸前砂箱内的真空度在0.04 0.05Mpa，浇铸过程中保持负压；所述高铬~铸铁金属液的出炉温度为1510 1520℃。
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[0024] 所述锆刚玉陶瓷颗粒改性的步骤如下：用砂纸打磨锆刚玉陶瓷颗粒，使之达到预定粗糙度；
将预处理后的锆刚玉陶瓷颗粒放在无水酒精中，利用超声波震荡清洗15 20分钟，清洗~
后烘干；
将除污后的锆刚玉陶瓷颗粒放入粗化液中，粗化液温度在15 30℃，粗化时间为4 5分~ ~
钟；所述粗化液包括3%HNO3和2%HF，所述3%HNO3和2%HF的体积分数分别为60%和40%；
将粗化后的锆刚玉陶瓷颗粒取出，清洗烘干后放在敏化液中，常温下敏化8 12分钟，敏~
化后的锆刚玉陶瓷颗粒取出，放在丙酮溶液中进行超声波清洗，清洗后烘干；所述敏化液包括40g/L SnCl2和4%HCl，配制时首先将SnCl2加入HCl溶液中，然后再用水稀释，若有白色沉淀生成对敏化液进行过滤；
将锆刚玉陶瓷颗粒放在活化液中，活化液的温度在45 50℃，活化时间为8 12分钟，活~ ~
化后清洗烘干；所述活化液包括0.125g/L PdCl2,和4%HCl，配制时将定量的PdCl2放入在盐酸中，搅拌使之充分溶解；
将活化后的陶瓷颗粒放在化学镀液中，调整化学镀液的温度和pH，使之温度在80 85℃，pH~
值在4.5~5.5，施镀时间为25~30分钟；所述化学镀液包括8g/L NiSO4、30g/L 、
15g/L CH3COONa、25g/L柠檬酸钠、8ml/L 乳酸C3H6O3，配制时先将NiSO4溶液缓慢加入柠檬酸钠溶液中，再加入完全溶解的 溶液，最后依次加入CH3COONa、乳酸。
将预处理后的锆刚玉陶瓷颗粒放在无水酒精中，利用超声波震荡清洗15 20分钟，清洗~
后烘干；
将除污后的锆刚玉陶瓷颗粒放入粗化液中，粗化液温度在15 30℃，粗化时间为4 5分~ ~
钟；所述粗化液包括3%HNO3和2%HF，所述3%HNO3和2%HF的体积分数分别为60%和40%；
将粗化后的锆刚玉陶瓷颗粒取出，清洗烘干后放在敏化液中，常温下敏化8 12分钟，敏~
化后的锆刚玉陶瓷颗粒取出，放在丙酮溶液中进行超声波清洗，清洗后烘干；所述敏化液包括40g/L SnCl2和4%HCl，配制时首先将SnCl2加入HCl溶液中，然后再用水稀释，若有白色沉淀生成对敏化液进行过滤；
将锆刚玉陶瓷颗粒放在活化液中，活化液的温度在45 50℃，活化时间为8 12分钟，活~ ~
化后清洗烘干；所述活化液包括0.125g/L PdCl2,和4%HCl，配制时将定量的PdCl2放入在盐酸中，搅拌使之充分溶解；
将活化后的陶瓷颗粒放在化学镀液中，调整化学镀液的温度和pH，使之温度在80 85℃，pH~
值在4.5~5.5，施镀时间为25~30分钟；所述化学镀液包括8g/L NiSO4、30g/L 、
15g/L CH3COONa、25g/L柠檬酸钠、8ml/L 乳酸C3H6O3，配制时先将NiSO4溶液缓慢加入柠檬酸钠溶液中，再加入完全溶解的 溶液，最后依次加入CH3COONa、乳酸。
[0025] 在上述施镀过程中可向化学镀液中加入氟化钠加速剂及硫脲稳定剂，以使施镀能持续平稳进行。
[0026] 浇铸过程中的热处理具体包括以下步骤：将铸件放在加热炉中进行加热，加热时间为1.5 2小时，加热温度至1010 1050℃后进~ ~
行保温，保温时间为1.5 2小时；
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将铸件出炉进行淬火；
将淬火后的铸件回炉进行加热，加热时间为1.5 2小时，加热温度至450 460℃后进行~ ~
保温，保温时间为1.5 2小时；
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将铸件出炉空冷至室温。
行保温，保温时间为1.5 2小时；
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将铸件出炉进行淬火；
将淬火后的铸件回炉进行加热，加热时间为1.5 2小时，加热温度至450 460℃后进行~ ~
保温，保温时间为1.5 2小时；
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将铸件出炉空冷至室温。
[0027] 本发明具有如下优点：在施镀前用砂纸打磨、无水酒精清洗，粗化液粗化，使得陶瓷颗粒表面呈现微观粗糙的结构，施镀过程中化学镀液能够进入陶瓷颗粒表面的空隙内，提高了锆刚玉陶瓷颗粒和镍金属表面的真实表面积，从而提高了陶瓷颗粒与镍金属的结合强度。
[0028] 粗化后还将锆刚玉陶瓷颗粒进行了敏化，施镀过程中的各项化学反应能够更加容易地发生，提高了反应效率，从而缩短了镀镍时间。此外，在敏化后还对锆刚玉陶瓷颗粒进行了活化处理，使化学镀的还原反应能够在塑料表面迅速均匀地进行。
[0029] 施镀后锆刚玉陶瓷颗粒表面具有金属光泽，镀镍均匀，有良好的耐腐蚀性并且有一定的抗磨损能力。
[0030] 镍离子络合剂直接影响镀液的稳定性、使用寿命和沉积速度，常用的有柠檬酸、乳酸、羟基乙酸和氨基乙酸等。化学镀液的pH值对镍沉积速度、镀液稳定性、镀层磷含量都有很大的影响，一般情况下，pH值升高，沉积速度提高，磷含量提高，但稳定性下降，常用的pH值缓冲剂有乙酸钠、醋酸、丁二酸等，某些络合剂本身又是缓冲剂，如甘氨酸、羟基乙酸等。本发明优选了柠檬酸钠和乳酸作为络合剂，优选CH3COONa作为pH缓冲剂，有效提高了镀液的稳定性，并在陶瓷颗粒表面获得了高性能镀层。
[0031] 化学镀液使用一段时间，沉积速度会明显下降，此时可加入加速剂，常用加速剂有丁二酸、苹果酸、氟化钠等。本发明优选了氟化钠作为加速剂，有效稳定了沉积速度，使镀镍过程得以持续、稳定进行。
[0032] 镀液在施镀过程中始终处于热力学不稳定状态，当镀液一旦有催化效应的镍微粒存在，溶液就会立即发生激烈的自分解反应，导致镀液报废，因此镀液中须加入稳定剂，以防止自分解反应，常用稳定剂有马来酸、硫脲等。本发明优选硫脲作为稳定剂，保证镀镍过程得以顺利进行。
[0033] 在浇筑前对锆刚玉陶瓷颗粒表面进行了镀镍处理，施镀后陶瓷颗粒表面具有金属光泽，镀镍均匀，有良好的耐腐蚀性并且有一定的抗磨损能力；镀镍后的陶瓷颗粒与金属之间的结合强度高，有助于获得质量良好的复合层。
[0034] 在浇铸时采用消失模负压铸渗工艺，抽负压，金属液流动性和液铸渗动力大大提高，金属液能够顺利地浸渗进入陶瓷颗粒层之间，并成功制备得到了陶瓷金属复合材料。制备得到的陶瓷金属复合材料洛氏硬度、冲击韧性、整体耐磨性能得到了较大提升，且层次分明，在复合界面处陶瓷颗粒与金属基体之间未发生元素扩散，陶瓷颗粒与金属之间的结合机制为机械结合，陶瓷颗粒与金属基体复合界面结合紧密。
[0035] 在浇铸后对铸件进行了热处理，热处理的复合材料耐磨性能有着极大的提高，且复合材料的复合界面处出现宽度约为9um的过渡区，此区域内夹杂着破碎的陶瓷微粒与金属基体，两者结合良好。
[0036] 金属液选用高铬铸铁金属液，确定了高铬铸铁的成分及其比例，提高了浇铸后复合材料的耐腐蚀、抗氧化以及耐磨性能等。
[0037] 优选地，浇铸前砂箱内的真空度在0.04 0.05Mpa，浇铸过程中保持负压。~
[0038] 优选地，所述高铬铸铁金属液的出炉温度为1510 1520℃。~
[0039] 渗透机理分析如下：金属液充型过程中，高温的金属液迅速将砂箱内的泡沫熔化，开始向陶瓷颗粒层之间铸渗，在此过程中，铸渗的动力有金属液的静压力以及真空泵施加的外界负压，铸渗的阻力有砂型内部空气阻力，泡沫及涂覆层粘结剂燃烧时释放的气体阻力，金属液内摩擦力。金属液的曲面附加压力在与颗粒不润湿的情况下为阻力，在润湿的情况下为动力，所以颗粒有镀镍层时曲面附加压力属于铸渗动力范畴。高温的铁液在流进陶瓷颗粒层之间时，铁液与陶瓷表面镀镍层之间的润湿角小于90°，微观上凹凸不平的陶瓷颗粒表面附着的气体容易被铁液排开，从而使陶瓷颗粒与金属液通过镀层直接接触，因此界面结合紧密。随后，镀镍层在高温下熔解扩散进金属基体中，相当于添加合金元素到高铬铸铁靠近复合界面的区域，对改善金属对陶瓷的润湿性有较大影响，其机制为合金元素在液态金属表面及固液界面的吸附和富集，降低了液态金属表面张力及固液界面张力，从而也达到界面结合致密的效果。
[0040] 金属液冷却凝固过程中，一方面由于陶瓷颗粒发生马氏体相变体积膨胀，陶瓷本身热膨胀系数又较小，冷却过程中金属基体的收缩更加紧密的包裹陶瓷颗粒，提高了陶瓷颗粒与基体的结合能力，有效防止陶瓷颗粒在磨料磨损条件下整体剥落；另一方面金属基体之间连接在一起，整颗陶瓷颗粒都被金属基体完全包围，更加有利于提高复合材料的整体抗冲击韧性。
[0041] 对高铬铸铁金属液成分分析如下：铬用于提高复合材料的耐腐蚀和抗氧化性能，为使复合材料获得最佳的耐磨性能、抗氧化性能和热稳定性能，高铬铸铁中的铬含量应适量，并与碳含量保持一个合理的比值。复合材料中碳质量分数越高，碳化物数量越多，复合材料的硬度越高，但这同时也会降低复合材料的韧性。另外，由于过共晶成分的铸铁在凝固过程中会先结晶出粗大的初生碳化物，导致脆性增大，韧性急剧下降，本发明中高铬铸铁碳含量设定在亚共晶区间。共晶点碳含量会随着铬质量分数增加而下降，对于铬含量在25%左右的高铬铸铁，共晶碳质量分数为3.0%。
为使复合材料液具备良好的流动性和充型能力，复合材料液中的碳含量在近共晶成分，本发明碳含量在2.86 2.95%之间，铬含量在24.5 24.9%。
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为使复合材料液具备良好的流动性和充型能力，复合材料液中的碳含量在近共晶成分，本发明碳含量在2.86 2.95%之间，铬含量在24.5 24.9%。
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[0043] 锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，加0.7%以上锰不但使复合材料具有足够的韧性，且具有较高的强度和硬度，提高复合材料的淬性，改善复合材料的热加工性，但锰量增高，会减弱复合材料的抗腐蚀能力，为调和复合材料的抗腐蚀能力、热淬性、强度和热稳定性等，本发明中锰含量在2.15 2.35%。~
[0044] 钼可以提高复合材料的强度，特别是高温强度和韧性；提高复合材料的耐腐蚀强度，提高钢的耐磨性和改善淬透性、焊接性和耐热性。钼含量在0.25 0.35%，能够使复合材~料获得较佳的耐磨性能，改善淬透性。
[0046] 镍与钼、铜复合加入高铬铸铁中，含量在0.85 1.25%，提高复合材料淬透性的同~时，能够增强铸铁的耐磨性和抗氧化性，并使铸铁保持良好的热塑性。
[0047] 实施例1用砂纸打磨锆刚玉陶瓷颗粒，使之达到预定粗糙度；
将预处理后的锆刚玉陶瓷颗粒放在无水酒精中，利用超声波震荡清洗15 20分钟，清洗~
后烘干；
将除污后的锆刚玉陶瓷颗粒放入粗化液中，粗化液温度在15 30℃，粗化时间为4分钟；
~
所述粗化液包括3%HNO3和2%HF，所述3%HNO3和2%HF的体积分数分别为60%和40%；
将粗化后的锆刚玉陶瓷颗粒取出，清洗烘干后放在敏化液中，常温下敏化8分钟，敏化后的锆刚玉陶瓷颗粒取出，放在丙酮溶液中进行超声波清洗，清洗后烘干；所述敏化液包括
40g/L SnCl2和4%HCl，配制时首先将SnCl2加入HCl溶液中，然后再用水稀释，若有白色沉淀生成对敏化液进行过滤；
将锆刚玉陶瓷颗粒放在活化液中，活化液的温度在45℃，活化时间为8分钟，活化后清洗烘干；所述活化液包括0.125g/L PdCl2,和4%HCl，配制时将定量的PdCl2放入在盐酸中，搅拌使之充分溶解；
将活化后的陶瓷颗粒放在化学镀液中，调整化学镀液的温度和pH，使之温度在80℃，pH值在4.5，施镀时间为25分钟；所述化学镀液包括8g/L NiSO4、30g/L 、15g/L CH3COONa、25g/L柠檬酸钠、8ml/L 乳酸C3H6O3，配制时先将NiSO4溶液缓慢加入柠檬酸钠溶液中，再加入完全溶解的 溶液，最后依次加入CH3COONa、乳酸；施镀过程中向化学镀液中加入氟化钠加速剂及硫脲稳定剂，以使施镀能持续平稳进行；
将锆刚玉陶瓷颗粒由化学镀液中取出，冲洗烘干后待用；
用电热阻丝对泡沫板材进行切割，获得泡沫试样、横浇道、直浇道和内浇道，将锆刚玉陶瓷颗粒涂覆在泡沫试样表面，烘干后将泡沫试样和横浇道、直浇道以及内浇道粘结成一体，浸挂涂料后烘干，获得消失模白模；
将制备好的消失模白模放入砂箱，填入干砂振实，刮平，用塑料薄膜覆盖，放上浇口杯，砂型下部使用真空泵抽气形成负压；浇铸前砂箱内的真空度在0.04 0.05Mpa；
~
砂紧固成型后，浇铸高铬铸铁金属液，高铬铸铁金属液的出炉温度为1510℃，浇铸过程中保持负压，浇铸完成后释放真空，冷却、凝固后取出铸件；其中，高铬铸铁金属液按重量百分比计的化学成分如下：C:2.86 2.95%，Cr:24.5 24.9%，Si:0.72 0.83%，Mn:2.15 2.35%，~ ~ ~ ~
Mo:0.25 0.35%，Cu:0.35 0.40%，Ni:0.85 1.25%，P:0.03 0.04%，S:0.01 0.02%，余量为铁；
~ ~ ~ ~ ~
将铸件放在加热炉中进行加热，加热时间为1.5小时，加热温度至1010℃后进行保温，保温时间为1.5小时；将铸件出炉进行淬火；将淬火后的铸件回炉进行加热，加热时间为1.5小时，加热温度至4500℃后进行保温，保温时间为1.5小时；将铸件出炉空冷至室温。
将预处理后的锆刚玉陶瓷颗粒放在无水酒精中，利用超声波震荡清洗15 20分钟，清洗~
后烘干；
将除污后的锆刚玉陶瓷颗粒放入粗化液中，粗化液温度在15 30℃，粗化时间为4分钟；
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所述粗化液包括3%HNO3和2%HF，所述3%HNO3和2%HF的体积分数分别为60%和40%；
将粗化后的锆刚玉陶瓷颗粒取出，清洗烘干后放在敏化液中，常温下敏化8分钟，敏化后的锆刚玉陶瓷颗粒取出，放在丙酮溶液中进行超声波清洗，清洗后烘干；所述敏化液包括
40g/L SnCl2和4%HCl，配制时首先将SnCl2加入HCl溶液中，然后再用水稀释，若有白色沉淀生成对敏化液进行过滤；
将锆刚玉陶瓷颗粒放在活化液中，活化液的温度在45℃，活化时间为8分钟，活化后清洗烘干；所述活化液包括0.125g/L PdCl2,和4%HCl，配制时将定量的PdCl2放入在盐酸中，搅拌使之充分溶解；
将活化后的陶瓷颗粒放在化学镀液中，调整化学镀液的温度和pH，使之温度在80℃，pH值在4.5，施镀时间为25分钟；所述化学镀液包括8g/L NiSO4、30g/L 、15g/L CH3COONa、25g/L柠檬酸钠、8ml/L 乳酸C3H6O3，配制时先将NiSO4溶液缓慢加入柠檬酸钠溶液中，再加入完全溶解的 溶液，最后依次加入CH3COONa、乳酸；施镀过程中向化学镀液中加入氟化钠加速剂及硫脲稳定剂，以使施镀能持续平稳进行；
将锆刚玉陶瓷颗粒由化学镀液中取出，冲洗烘干后待用；
用电热阻丝对泡沫板材进行切割，获得泡沫试样、横浇道、直浇道和内浇道，将锆刚玉陶瓷颗粒涂覆在泡沫试样表面，烘干后将泡沫试样和横浇道、直浇道以及内浇道粘结成一体，浸挂涂料后烘干，获得消失模白模；
将制备好的消失模白模放入砂箱，填入干砂振实，刮平，用塑料薄膜覆盖，放上浇口杯，砂型下部使用真空泵抽气形成负压；浇铸前砂箱内的真空度在0.04 0.05Mpa；
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砂紧固成型后，浇铸高铬铸铁金属液，高铬铸铁金属液的出炉温度为1510℃，浇铸过程中保持负压，浇铸完成后释放真空，冷却、凝固后取出铸件；其中，高铬铸铁金属液按重量百分比计的化学成分如下：C:2.86 2.95%，Cr:24.5 24.9%，Si:0.72 0.83%，Mn:2.15 2.35%，~ ~ ~ ~
Mo:0.25 0.35%，Cu:0.35 0.40%，Ni:0.85 1.25%，P:0.03 0.04%，S:0.01 0.02%，余量为铁；
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将铸件放在加热炉中进行加热，加热时间为1.5小时，加热温度至1010℃后进行保温，保温时间为1.5小时；将铸件出炉进行淬火；将淬火后的铸件回炉进行加热，加热时间为1.5小时，加热温度至4500℃后进行保温，保温时间为1.5小时；将铸件出炉空冷至室温。
[0048] 实施例2用砂纸打磨锆刚玉陶瓷颗粒，使之达到预定粗糙度；
将预处理后的锆刚玉陶瓷颗粒放在无水酒精中，利用超声波震荡清洗20分钟，清洗后烘干；
将除污后的锆刚玉陶瓷颗粒放入粗化液中，粗化液温度在30℃，粗化时间为5分钟；所述粗化液包括3%HNO3和2%HF，所述3%HNO3和2%HF的体积分数分别为60%和40%；
将粗化后的锆刚玉陶瓷颗粒取出，清洗烘干后放在敏化液中，常温下敏化12分钟，敏化后的锆刚玉陶瓷颗粒取出，放在丙酮溶液中进行超声波清洗，清洗后烘干；所述敏化液包括
40g/L SnCl2和4%HCl，配制时首先将SnCl2加入HCl溶液中，然后再用水稀释，若有白色沉淀生成对敏化液进行过滤；
将锆刚玉陶瓷颗粒放在活化液中，活化液的温度在45 50℃，活化时间为12分钟，活化~
后清洗烘干；所述活化液包括0.125g/L PdCl2,和4%HCl，配制时将定量的PdCl2放入在盐酸中，搅拌使之充分溶解；
将活化后的陶瓷颗粒放在化学镀液中，调整化学镀液的温度和pH，使之温度在85℃，pH值在4.5~5.5，施镀时间为30分钟；所述化学镀液包括8g/L NiSO4、30g/L 、
15g/L CH3COONa、25g/L柠檬酸钠、8ml/L 乳酸C3H6O3，配制时先将NiSO4溶液缓慢加入柠檬酸钠溶液中，再加入完全溶解的 溶液，最后依次加入CH3COONa、乳酸；施镀过程中向化学镀液中加入氟化钠加速剂及硫脲稳定剂，以使施镀能持续平稳进行；
将锆刚玉陶瓷颗粒由化学镀液中取出，冲洗烘干后待用；
用电热阻丝对泡沫板材进行切割，获得泡沫试样、横浇道、直浇道和内浇道，将锆刚玉陶瓷颗粒涂覆在泡沫试样表面，烘干后将泡沫试样和横浇道、直浇道以及内浇道粘结成一体，浸挂涂料后烘干，获得消失模白模；
将制备好的消失模白模放入砂箱，填入干砂振实，刮平，用塑料薄膜覆盖，放上浇口杯，砂型下部使用真空泵抽气形成负压；浇铸前砂箱内的真空度在0.05Mpa；
砂紧固成型后，浇铸高铬铸铁金属液，高铬铸铁金属液的出炉温度为1510 1520℃，浇~
铸过程中保持负压，浇铸完成后释放真空，冷却、凝固后取出铸件；其中，高铬铸铁金属液按重量百分比计的化学成分如下：C:2.86 2.95%，Cr:24.5 24.9%，Si:0.72 0.83%，Mn:2.15~ ~ ~ ~
2.35%，Mo:0.25 0.35%，Cu:0.35 0.40%，Ni:0.85 1.25%，P:0.03 0.04%，S:0.01 0.02%，余~ ~ ~ ~ ~
量为铁；
将铸件放在加热炉中进行加热，加热时间为2小时，加热温度至1050℃后进行保温，保温时间为2小时；将铸件出炉进行淬火；将淬火后的铸件回炉进行加热，加热时间为2小时，加热温度至460℃后进行保温，保温时间为2小时；将铸件出炉空冷至室温。
将预处理后的锆刚玉陶瓷颗粒放在无水酒精中，利用超声波震荡清洗20分钟，清洗后烘干；
将除污后的锆刚玉陶瓷颗粒放入粗化液中，粗化液温度在30℃，粗化时间为5分钟；所述粗化液包括3%HNO3和2%HF，所述3%HNO3和2%HF的体积分数分别为60%和40%；
将粗化后的锆刚玉陶瓷颗粒取出，清洗烘干后放在敏化液中，常温下敏化12分钟，敏化后的锆刚玉陶瓷颗粒取出，放在丙酮溶液中进行超声波清洗，清洗后烘干；所述敏化液包括
40g/L SnCl2和4%HCl，配制时首先将SnCl2加入HCl溶液中，然后再用水稀释，若有白色沉淀生成对敏化液进行过滤；
将锆刚玉陶瓷颗粒放在活化液中，活化液的温度在45 50℃，活化时间为12分钟，活化~
后清洗烘干；所述活化液包括0.125g/L PdCl2,和4%HCl，配制时将定量的PdCl2放入在盐酸中，搅拌使之充分溶解；
将活化后的陶瓷颗粒放在化学镀液中，调整化学镀液的温度和pH，使之温度在85℃，pH值在4.5~5.5，施镀时间为30分钟；所述化学镀液包括8g/L NiSO4、30g/L 、
15g/L CH3COONa、25g/L柠檬酸钠、8ml/L 乳酸C3H6O3，配制时先将NiSO4溶液缓慢加入柠檬酸钠溶液中，再加入完全溶解的 溶液，最后依次加入CH3COONa、乳酸；施镀过程中向化学镀液中加入氟化钠加速剂及硫脲稳定剂，以使施镀能持续平稳进行；
将锆刚玉陶瓷颗粒由化学镀液中取出，冲洗烘干后待用；
用电热阻丝对泡沫板材进行切割，获得泡沫试样、横浇道、直浇道和内浇道，将锆刚玉陶瓷颗粒涂覆在泡沫试样表面，烘干后将泡沫试样和横浇道、直浇道以及内浇道粘结成一体，浸挂涂料后烘干，获得消失模白模；
将制备好的消失模白模放入砂箱，填入干砂振实，刮平，用塑料薄膜覆盖，放上浇口杯，砂型下部使用真空泵抽气形成负压；浇铸前砂箱内的真空度在0.05Mpa；
砂紧固成型后，浇铸高铬铸铁金属液，高铬铸铁金属液的出炉温度为1510 1520℃，浇~
铸过程中保持负压，浇铸完成后释放真空，冷却、凝固后取出铸件；其中，高铬铸铁金属液按重量百分比计的化学成分如下：C:2.86 2.95%，Cr:24.5 24.9%，Si:0.72 0.83%，Mn:2.15~ ~ ~ ~
2.35%，Mo:0.25 0.35%，Cu:0.35 0.40%，Ni:0.85 1.25%，P:0.03 0.04%，S:0.01 0.02%，余~ ~ ~ ~ ~
量为铁；
将铸件放在加热炉中进行加热，加热时间为2小时，加热温度至1050℃后进行保温，保温时间为2小时；将铸件出炉进行淬火；将淬火后的铸件回炉进行加热，加热时间为2小时，加热温度至460℃后进行保温，保温时间为2小时；将铸件出炉空冷至室温。
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