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陶瓷网格增强金属耐磨复合材料及制备方法

阅读:1035发布:2020-09-05

专利汇可以提供陶瓷网格增强金属耐磨复合材料及制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种陶瓷网格增强金属耐磨 复合材料 及制备方法,产品包括金属基耐磨件本体,在金属基耐磨件本体表面设置凹槽,凹槽中设置陶瓷网格,陶瓷网格与金属基耐磨件本体之间有间隙,在所述间隙及陶瓷网格的网孔中设置与金属基耐磨件本体 冶金 结合的自熔性 合金 粉末 烧结 体。本发明在 真空 烧结状态下,陶瓷网格不会产生裂纹、碎裂等 缺陷 ;自熔性合金与耐磨件基体产生冶金结合,与陶瓷网格结合牢固;工艺简单、制备材料不需进行 热处理 就能达到所需硬度;解决了陶瓷和金属基体结合难的难题,避免了浇注工艺带来的缺陷。,下面是陶瓷网格增强金属耐磨复合材料及制备方法专利的具体信息内容。

1. 一种陶瓷网格增强金属耐磨复合材料,其特征是:包括金属基耐磨件本体,在金属基耐磨件本体表面设置凹槽,凹槽中设置陶瓷网格,陶瓷网格与金属基耐磨件本体之间有间隙,在所述间隙及陶瓷网格的网孔中设置与金属基耐磨件本体冶金结合的自熔性合金粉末烧结体。
2. 根据权利要求1所述的陶瓷网格增强金属耐磨复合材料,其特征是:所述的金属基耐磨件材料为高锰合金钢、高或镍铬低合金铸铁;所述的陶瓷网格网孔为圆柱状、螺纹状、锥形或菱形状;所述的自熔性合金粉末为镍基、铁基或钴基自熔性合金;所述的陶瓷网格为金属陶瓷化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷。
3. 一种权利要求1所述的陶瓷网格增强金属耐磨复合材料的制备方法,其特征是:依次包括下列步骤:
(1)以金属基耐磨件为本体,在本体表面设置凹槽;
(2)将烧结好的陶瓷网格放入耐磨件凹槽内,陶瓷网格与本体之间有间隙,间隙内及表面填满合适的经无乙醇混合后的自熔性合金粉末,无水乙醇的加入量为自熔性合金粉末质量的1%~4%,网格孔内也填充满自熔性合金粉末,然后再把陶瓷网格金属复合耐磨件整体放置于80℃~100℃下干燥;
(3)将干燥后的陶瓷网格金属复合耐磨件整体放入真空炉,在温度为1000℃~
1150℃、真空度为0.1Pa下烧结,自熔性合金粉末发生熔融并与耐磨件基体产生牢固的冶金结合,陶瓷网格被自熔性合金牢固地包裹在耐磨件凹槽内;
(4)冷却后,从真空炉中取出,得产品。
4. 根据权利要求3所述的陶瓷网格增强金属耐磨复合材料的制备方法,其特征是:陶瓷网格是金属陶瓷、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷或碳化物陶瓷,网孔可呈柱形、锥形、螺纹形或菱形。

说明书全文

陶瓷网格增强金属耐磨复合材料及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种陶瓷网格增强金属耐磨复合材料及制备方法。属于金属基复合材料制备领域,特别适用于电厂、厂或泥厂磨机磨辊及磨盘等。

背景技术

[0002] 磨损是零部件失效的一种基本类型,普遍存在于冶金、矿山、电、机械、国防、军工、航空航天等许多工业部,这造成了材料的极大浪费和能源的巨大消耗。据不完全统计,目前国内每年消耗金属耐磨材料高达500万吨以上,其中每年因磨损造成球磨机的钢球消耗达100万吨,球磨机和各种破碎衬板消耗近40万吨,轧辊消耗近70万吨,各种工程挖掘机和装载机斗齿、耐磨输送管道、破碎机锤头、履带板和磨辊、磨盘衬板等消耗超过60万吨,道岔车轮20万吨,各种模具钢消耗近150万吨。
[0003] 以上数据可知,提高机械设备及零部件的耐磨损性能,可以大大减少能源消耗,提高生产效率。众所周知,陶瓷具有高的耐磨损性能,金属具有好的加工韧性。这些性能很难在同一材料中协调一致,为了解决这一矛盾,使用复合材料是较好的选择。
[0004] 陶瓷基金属复合材料能够将陶瓷的高硬度、高耐磨损性能和金属基体优良的韧性结合起来,是一种应用广泛的复合材料。
[0005] 常见的耐磨铸件强化主要分为外加颗粒和原位内生成颗粒强化。外加陶瓷颗粒强化方法分为机械搅拌法外加陶瓷颗粒、渗透铸造法外加陶瓷颗粒、离心铸造法外加陶瓷颗粒等。
[0006] 然而,外加陶瓷颗粒铸造法有三方面弊端:其一是颗粒与基体界面的污染和附着物的产生使基体与增强颗粒结合力降低;其二是增强颗粒的比例受到初始粉末的限制,多数颗粒尺寸都大于1μm,而且颗粒形状呈尖对基体有割裂作用;其三是热力学稳定性差,增强颗粒在高温下易分解。原位生成陶瓷颗粒法虽然在铸件与陶瓷润湿性上得到提高,但存在铸件耐磨层薄、化学反应的影响因素多、增强相仅为金属陶瓷缺陷,也不易于较大耐磨铸件的制备。
[0007] 中国发明专利(CN 101585081A)采用粘结剂和特定的模具制备出陶瓷预制体,然后进行浇注,操作简单,能够批量生产,但浇注过程中由于金属和陶瓷热膨胀系数不同,陶瓷易出现裂纹,特别是化物陶瓷裂纹、破碎现象更为明显,另外,金属与陶瓷之间的结合是机械结合而不能实现冶金结合。中国发明专利(201010235198.3)采用金属粉末与陶瓷颗粒混合连同模具在真空烧结炉内进行烧结,金属粉将陶瓷颗粒粘结在一起形成预制体,将预制体放入铸型型腔的端面,然后再对预制体进行浇注,形成颗粒增强复合材料。该工艺解决了氧化物陶瓷渗透难的问题,陶瓷颗粒与金属液结合良好,但工艺仍较复杂、颗粒和金属结合本质上仍为机械结合。
[0008] 然而,自熔性合金是指熔点较低、熔融过程中能自行脱氧、造渣,能“润湿”基材表面而呈现冶金结合的一类合金。合金凝固后,在固溶体中能形成高硬度的弥散强化相,使合金的强度和硬度提高。
[0009] 目前,绝大多数自熔性合金都是在铁基、镍基、钴基合金中添加适量的元素而制成的。硼、硅可降低合金的熔点,并能导致合金的固相和液相之间有较宽的温度区间,硼、硅元素均可与常见基体材料,如镍、钴、铁等,在高温下生成低熔点的共晶,使合金熔点大幅度降低,镍基、钴基、铁基自熔性合金的熔点分别为800℃、800℃、1000℃左右。另外,硼、硅元素可提高合金的硬度。

发明内容

[0010] 本发明的目的在于提供一种工艺简单、陶瓷网格与金属基体之间通过自熔性合金呈冶金结合及高强度咬合的耐磨性能好的陶瓷网格增强金属耐磨复合材料及制备方法。
[0011] 本发明的技术解决方案是:一种陶瓷网格增强金属耐磨复合材料,其特征是:包括金属基耐磨件本体,在金属基耐磨件本体表面设置凹槽,凹槽中设置陶瓷网格,陶瓷网格与金属基耐磨件本体之间有间隙,在所述间隙及陶瓷网格的网孔中设置与金属基耐磨件本体冶金结合的自熔性合金粉末烧结体。
[0012] 所述的金属基耐磨件材料为高锰钢、合金钢、高铬铁或镍铬低合金铸铁;所述的陶瓷网格网孔为柱状、螺纹状、锥形或菱形;所述的自熔性合金粉末为镍基、铁基或钴基自熔性合金;所述的陶瓷网格为金属陶瓷、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷。
[0013] 一种陶瓷网格增强金属耐磨复合材料的制备方法,其特征是:依次包括下列步骤:(1)以金属基耐磨件为本体,在本体表面设置凹槽;
(2)将烧结好的陶瓷网格放入耐磨件凹槽内,陶瓷网格与本体之间有间隙,间隙内填满合适的经无水乙醇混合后的自熔性合金粉末,无水乙醇的加入量为自熔性合金粉末质量
1%~4%,网格孔内也填充满自熔性合金粉末,然后再把耐磨件整体放置于80℃~100℃下干燥;
(3)将干燥后的耐磨件整体放入真空炉,在温度为1000℃~1150℃、真空度为0.1Pa下烧结,自熔性合金粉末发生熔融并与耐磨件基体产生牢固的冶金结合,陶瓷网格被自熔性合金牢固地包裹在耐磨件凹槽内;
(4)冷却后,从真空炉中取出,得产品。
[0014] 陶瓷网格是金属陶瓷、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷或碳化物陶瓷,网孔可呈柱形、锥形、螺纹形或菱形。
[0015] 本发明产品表面硬度为HRC65~75。
[0016] 本发明的优点:(1)在真空烧结状态下,陶瓷网格不会产生裂纹、碎裂等缺陷;
(2)自熔性合金与耐磨件基体的底面、侧面、表面产生冶金结合,并形成金属体网格与陶瓷网格咬合牢固;
(3)工艺简单、制备材料不需进行热处理就能达到所需硬度;
(4)解决了陶瓷和金属基体结合难的难题,避免了浇注工艺带来的铁水高温下与陶瓷的热膨胀系数的不同而引起陶瓷碎裂的缺陷;
(5)耐磨工件表面由陶瓷网格及自熔性合金构成,使耐磨件具有较高的耐磨性。
附图说明
[0017] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0018] 图1是具有陶瓷网格增强的磨煤机磨盘衬板。
[0019] 图2是具有陶瓷网格增强的磨煤机磨辊表面衬板。

具体实施方式

[0020] 实施例1:磨煤机磨盘(1)以磨煤机磨盘衬板为本体,在本体表面设置凹槽;
(2)将烧结好的陶瓷网格放入衬板凹槽内,陶瓷网格与本体之间有间隙,间隙内及表面填满合适的经无水乙醇混合后的自熔性合金粉末,无水乙醇的加入量为自熔性合金粉末质量的1%~4%,网格孔内也填充满合适的经无水乙醇混合后的自熔性合金粉末,然后再把耐磨件整体放置于80℃~100℃下干燥;
(3)将干燥后的衬板整体放入真空炉温度为1000℃~1150℃、真空度为0.1Pa下烧结,自熔性合金粉末发生熔融并与耐磨件底面、侧面、表面产生牢固的冶金结合,陶瓷网格被自熔性合金牢固地包裹在耐磨件凹槽内。若陶瓷网格是金属陶瓷,则自熔性合金与其产生冶金结合;若陶瓷网格为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷,则网格孔可设计成柱形、锥形或螺纹形,该结构可以使陶瓷网格和自熔性合金产生牢固的咬合作用;
(4)冷却后,从真空炉中取出,将衬板组装在磨盘表面,可得到磨煤机磨盘表面具有陶瓷网格增强体的耐磨复合材料。 实施例2:磨煤机磨辊
(1)以磨煤机磨辊表面衬板为本体,在本体表面设置凹槽;
(2)将烧结好的陶瓷网格放入衬板凹槽内,陶瓷网格与本体之间有间隙,间隙及表面内填满合适的经无水乙醇混合后的自熔性合金粉末,无水乙醇的加入量为自熔性合金粉末质量的1%~4%,网格孔内也填充满合适的经无水乙醇混合后的自熔性合金粉末,然后再把耐磨件整体放置于80℃~100℃下干燥;
(3)将干燥后的衬板整体放入真空炉温度为1000℃~1150℃、真空度为0.1Pa下烧结,自熔性合金粉末发生熔融并与耐磨件底面、侧面、表面产生牢固的冶金结合,陶瓷网格被自熔性合金牢固地包裹在耐磨件凹槽内。若陶瓷网格是金属陶瓷,则自熔性合金与其产生冶金结合;若陶瓷网格为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷,则网格孔可设计成柱形、锥形或螺纹形,该结构可以使陶瓷网格和自熔性合金产生牢固的咬合作用;
(4)冷却后,从真空炉中取出,将衬板组装在磨辊表面,可得到磨煤机磨辊表面具有陶瓷网格增强体的耐磨复合材料。
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