活性炭碳化物絲網金屬基複合材料的製備工藝的製作方法
2023-06-27 07:05:36 1
專利名稱：活性炭碳化物絲網金屬基複合材料的製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種耐磨複合材料的製備工藝，特別涉及一種活性碳碳化物絲網金屬基複合材料的製備工藝。本發明應用於礦山、建材、冶金、電力及鐵路等行業耐磨、耐腐蝕、耐高溫材料的製造工藝。
背景技術：
耐磨材料廣泛應用於礦山、建材、冶金、電力及汽車、鐵路等行業的耐磨零件的製造。如破碎機的襯板、錘頭、鄂板，球磨機襯板、磨球、軋輥、磨輥、挖掘機鏟齒、鐵道轍叉等。據統汁，國內每年消耗金屬耐磨材料約達300萬噸。磨損件很快失效，頻繁更換，不僅浪費大量金屬材料，且造成巨大的停工停產損失，已成為制約生產發展的一個障礙。
目前各行業所用的耐磨材料主要有耐磨鋼、耐磨鑄鐵等幾種單一金屬材料。但由於單一材質在強度、硬度、塑韌性等方面機械力學性能不可兼顧各種現場工況存在的特殊要求，所以使用期限仍然很短或很難滿足各種工況的需要。近年來，複合材料的研究和發展較快，出現了許多耐磨複合材料，如顆粒增強鋼鐵基複合材料，纖維增強鋼鐵基複合材料等，這些耐磨複合材料的應用使零件的耐磨性和使用壽命大大提高，但由於這些耐磨複合材料的製備工藝難以控制穩定，如顆粒增強鋼鐵基複合材料中顆粒增強相的均勻性難以控制，使得耐磨複合材料的推廣應用受到限制。針對不同的工況，從材質、內部結構、製造工藝等方面進行深入研究，開發出一種新的耐磨複合材料的製備工藝，以提高耐磨材料的耐磨性。現有技術中，有採用鋼、合金鋼金屬絲網與陶瓷耐磨材料的複合工藝，對材料的耐磨損性等性能指標進行了改進和提高，但這些技術耐磨性能提高不顯著，得到的複合材料韌性較差。現有技術中，還有通過對零件整體氮化提高零件表面耐磨性能的技術，但這種技術只能在整個零件的全部外表形成很薄的氮化層，不能根據需要提高零件局部的耐磨性及調整耐磨層的厚度。
發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種活性炭碳化物絲網金屬基複合材料的製備工藝，用該方法製備的複合材料能夠更好的滿足抗衝擊性、耐腐蝕性、耐高溫、耐磨損性等多種工況要求的，具有使用壽命長、價格低的優點。
本發明解決技術問題的技術方案是這樣實現的該製備工藝包括以下步驟(1)、用金屬絲編織金屬絲網；(2)、金屬絲網的孔隙中填滿活性炭，然後放入真空爐中，在1000℃～2300℃下保溫1～6小時，使金屬絲網的金屬元素與活性炭充分反應，製作出碳化物絲網；(3)、將製作好的碳化物絲網固定在耐磨工件鑄型的相應部位，合型、等待澆注；(4)、熔金屬材料，得到液態金屬材料；(5)、採用鑄造方法將液態金屬材料澆入固定有碳化物絲網的耐磨工件的鑄型中。
所述金屬絲是直徑為0.01～2.5mm的鈦、鉻、鉿、鋯、釩、鎢金屬絲。
所述金屬絲網編織成單層或多層矩形或正方形，其間距為在0.01～10.0mm，也可根據工況需要適當增大金屬絲網間距。
所述金屬絲網根據放置碳化物絲網的耐磨工件部位及尺寸確定金屬絲網的形狀及尺寸，進行裁剪，並壓製成與耐磨工件一致的形狀。
對製成所需形狀、尺寸的金屬絲網進行表面除鏽、除汙、除油、除表面氧化皮等處理。
所述步驟(5)採用鑄造方法為重力砂型鑄造、離心鑄造、差壓鑄造、低壓鑄造或真空吸鑄。
所述金屬材料是灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵、抗磨鑄鐵、碳鋼、合金鋼、鈷合金或鎳合金。
本發明的有益效果是1、本發明將金屬絲網用活性炭進行碳化處理，得到高硬度、耐磨、耐腐蝕、耐高溫的碳化物絲網，然後用鑄造的方法製備複合材料，一方面利用碳化物強化基體，提高了基體金屬的耐磨性、耐腐蝕、耐高溫性，另一方面，解決了顆粒增強複合材料製備中，增強相難以均勻化分布的難題，本發明可以根據需要使增強相在金屬中隨意分布。
2、本發明的活性碳碳化物絲網金屬基複合材料製備工藝中，既可根據零件使用的不同工況，將碳化物絲網固定於鑄型的局部，澆注液態金屬材料後冷卻，得到局部耐磨、耐腐蝕性提高的零件，複合層厚度可根據工況要求進行調整；又可將碳化物絲網固定於整個鑄型型腔中澆注液態金屬後冷卻，提高整個零件的耐磨、耐腐蝕性。
3、該工藝可控性強、成品率高、生產質量穩定，適用於任何形狀、任何大小規格的耐磨、耐腐蝕零件，應用面廣。
下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明圖1為本發明工藝流程圖；圖2為本發明實施例球磨機襯板主視圖；圖3為本發明實施例球磨機襯板側視圖；圖4為本發明實施例球磨機襯板與球磨機筒體裝配圖；圖5為本發明球磨機襯板碳化物絲網側視圖；
圖6為本發明實施例複合材料球磨機襯板側視圖；圖7為本發明實施例軋輥截面圖；圖8為本發明實施例軋輥碳化物絲網截面圖；圖9為本發明實施例複合材料軋輥截面圖。
具體實施例方式
本發明碳化物絲網1可以是碳化鈦、碳化鉻、碳化鉿、碳化鋯、碳化釩、碳化鎢絲網。
金屬材料2可以是灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵、抗磨鑄鐵、碳鋼、合金鋼、鈷合金或鎳合金。
本發明鑄造方法可以採用重力砂型鑄造、離心鑄造、差壓鑄造、低壓鑄造、真空吸鑄的鑄造方法。根據耐磨、耐腐蝕、耐高溫零件特點，選擇採用重力砂型鑄造、或離心鑄造、差壓鑄造、低壓鑄造、真空吸鑄的鑄造方法，並製作鑄造耐磨、耐腐蝕、耐高溫零件用鑄型，同時根據工況要求確定在耐磨工件鑄型型腔中放置碳化物絲網的位置，從而確定碳化物絲網1的形狀及尺寸，相應地確定金屬絲網的形狀及尺寸。
本發明金屬絲網根據耐磨層厚度編織成單層或多層矩形或正方形。耐磨層薄可編織成單層，耐磨層厚可編織成多層。
實施例一.球磨機襯板實施例如圖1至圖6所示，球磨機襯板3上有一個螺釘孔4。由螺栓5將球磨機襯板3連接到球磨機筒體6上。
如圖2所示，由於實際應用中球磨機襯板3上較大的弧面8與球磨機筒體6接觸，球磨機襯板3由小弧面7開始磨損，根據工況要求，應保證小弧面7處耐磨。鑄造時，應在鑄型型腔底部小弧面7的相應位置設置碳化物絲網1，並採用重力砂型鑄造的鑄造方法(也可以採用差壓鑄造、低壓鑄造、真空吸鑄的鑄造方法)，用石英砂製作鑄造用鑄型並烘乾。球磨機工作時球磨機襯板3最多磨損至螺栓5頭全部磨完，剩下的襯板就會從球磨機筒體6上掉下，所以碳化物絲網1的厚度應該為從小弧面7至螺栓5頭部的寬度，碳化物絲網1的長寬尺寸與球磨機襯板3的長寬一致。
本實施例採用碳化鎢絲網，還可以採用碳化鈦絲網、碳化鉻絲網、碳化鉿絲網、碳化鋯絲網、碳化釩絲網。現以碳化鎢絲網-高錳鋼球磨機襯板為例。
製作碳化鎢絲網-高錳鋼球磨機襯板步驟如下1.選用直徑為0.01～2.5mm的鎢金屬絲。
2.用鎢金屬絲編織多層正方形或矩形鎢金屬絲網，鎢金屬絲網中鎢金屬絲間距一般控制在0.01～10.0mm。
3.根據放置碳化鎢絲網1的部位及尺寸確定鎢金屬絲網的形狀及尺寸，進行裁剪，並壓製成與球磨機襯板3一致的弧形形狀。
4.將壓製成與球磨機襯板3一致的弧形形狀的鎢金屬絲網用酸或丙酮洗滌，進行表面除鏽、除汙、除油處理；用鹼液清除鎢金屬絲網表面的氧化皮。
5.將壓製成與球磨機襯板3一致的弧形形狀並除鏽、除汙、除油、除去氧化皮後的鎢金屬絲網孔隙填滿活性炭，然後放入真空爐中，在1000℃～2000℃下進行碳化1小時～5小時，製作出碳化鎢絲網1；如圖5所示。
6.將碳化鎢絲網1固定在鑄型的相應部位，合型，等待澆注。
7.熔煉高錳鋼2金屬液，然後將液態高錳鋼2澆入固定有碳化鎢絲網的鑄型中，使液態高錳鋼2充滿鑄型型腔及碳化物絲網1孔隙，待高錳鋼完全凝固、冷卻後，去除鑄型、澆注系統、飛邊、毛刺，即製備出以耐磨、耐腐蝕性能優良的碳化鎢絲網為增強相的碳化鎢絲網高錳鋼複合材料球磨機襯板。見圖6。
本實施例中高錳鋼2還可用灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵、抗磨鑄鐵；可以用低、中、高碳鋼；可以是低、中、高合金鋼取代。
二.軋輥實施例如圖7至圖9所示，軋輥9是一個截面為圓環形柱狀零件，在實際應用中軋輥外圓柱面10是易磨損部位，因此要求軋輥外圓柱面10耐磨，所以鑄造時將碳化物絲網1安放在鑄型中軋輥外圓柱面10的相應位置，以提高軋輥外圓柱面10的耐磨性。碳化物絲網1的形狀是截面為圓環形的圓柱狀，外圓柱面與軋輥外圓柱面10尺寸形狀一致，內圓柱面直徑根據圓柱面10的耐磨程度而定。
本實施例採用碳化鉻絲網，還可以採用碳化鈦絲網、碳化鉿絲網、碳化鋯絲網、碳化釩絲網、碳化鎢絲網，現以碳化鉻絲網-灰鑄鐵軋輥為例製作碳化鉻絲網-灰鑄鐵軋輥步驟如下1.選用直徑為為0.01～2.5mm的鉻金屬絲。
2.用鉻金屬絲編織多層矩形鉻金屬絲網，鉻金屬絲網中鉻金屬絲間距一般控制在0.01～10.0mm。
3.根據放置碳化鉻絲網1的部位及尺寸確定鉻金屬絲網的形狀及尺寸，進行裁剪，捲成截面為環形的圓柱體。
4.對捲成截面為環形的圓柱體的鉻金屬絲網用酸或丙酮洗滌，進行表面除鏽、除汙、除油處理；用鹼液清除鉻金屬絲網表面的氧化皮。
5.將捲成環形圓柱體並除鏽、除汙、除油、除去氧化皮後的鉻金屬絲網孔隙填滿活性炭，然後放入真空爐中，在1000℃～1750℃進行碳化1小時～5小時，製作出碳化鉻絲網1；如圖8所示。
6.將碳化鉻絲網1固定在鑄型的相應部位，合型，等待澆注。
7.熔煉灰鑄鐵2金屬液，然後將液態灰鑄鐵2澆入鑄型型腔，使液態灰鑄鐵2充滿鑄型型腔及碳化物絲網1孔隙，待灰鑄鐵2完全凝固、冷卻後，去除鑄型、澆注系統、飛邊、毛刺，即製備出以耐磨、耐腐蝕性能優良的碳化鉻絲網1為增強相的碳化鉻絲網灰鑄鐵複合材料軋輥。見圖9。
本實施例中灰鑄鐵2還可用球墨鑄鐵、合金鑄鐵、抗磨鑄鐵；可以用低、中、高碳鋼；還可以用低、中、高合金鋼取代。
三.渦輪葉片實施例本實施例採用碳化釩絲網，金屬材料2採用鑄造鎳合金K6，碳化溫度為1000℃～1600℃。金屬材料2還可以採用鑄造鈷合金。其他採用與實施例一、二同樣的步驟。
四.燃氣輪機導向葉片實施例本實施例採用碳化鈦絲網，金屬材料2採用鈷基鑄造合金K44，碳化溫度為1000℃～1700℃。金屬材料2還可以採用鑄造鎳合金。其他採用與實施例一、二同樣的步驟。
對於其他耐磨、耐腐蝕、耐高溫零件的製備，除需變換碳化物絲網1的材質，金屬材料2和碳化物絲網1形狀尺寸和碳化溫度外，可採用與實施例一、二相同的工藝步驟。
權利要求
1.一種活性炭碳化物絲網金屬基複合材料的製備工藝，其特徵在於該製備工藝包括以下步驟(1)、用金屬絲編織金屬絲網；(2)、金屬絲網的孔隙中填滿活性炭，然後放入真空爐中，在1000℃～2300℃下保溫1～6小時，使金屬絲網(3)的金屬元素與活性炭充分反應，製作出碳化物絲網；(3)、將製作好的碳化物絲網固定在耐磨工件鑄型的相應部位，合型、等待澆注；(4)、熔金屬材料，得到液態金屬材料；(5)、採用鑄造方法將液態金屬材料澆入固定有碳化物絲網的耐磨工件的鑄型中。
2.根據權利要求1所述活性炭碳化物絲網金屬基複合材料的製備工藝，其特徵在於所述金屬絲是直徑為0.01～2.5mm的鈦、鉻、鉿、鋯、釩、鎢金屬絲。
3.根據權利要求1或2所述活性炭碳化物絲網金屬基複合材料的製備工藝，其特徵在於所述金屬絲網編織成單層或多層矩形或正方形，其間距為在0.01～10.0mm，也可根據工況需要適當增大金屬絲網間距。
4.根據權利要求3所述活性炭碳化物絲網金屬基複合材料的製備工藝，其特徵在於所述金屬絲網根據放置碳化物絲網的耐磨工件部位及尺寸確定金屬絲網的形狀及尺寸，進行裁剪，並壓製成與耐磨工件一致的形狀。
5.根據權利要求4所述活性炭碳化物絲網金屬基複合材料的製備工藝，其特徵在於對製成所需形狀、尺寸的金屬絲網進行表面除鏽、除汙、除油、除表面氧化皮等處理。
6.根據權利要求1所述活性炭碳化物絲網金屬基複合材料的製備工藝，其特徵在於所述步驟(5)採用鑄造方法為重力砂型鑄造、離心鑄造、差壓鑄造、低壓鑄造或真空吸鑄。
7.根據權利要求1所述活性炭碳化物絲網金屬基複合材料的製備工藝，其特徵在於所述金屬材料是灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵、抗磨鑄鐵、碳鋼、合金鋼、鈷合金或鎳合金。
全文摘要
本發明公開了一種活性炭碳化物絲網金屬基複合材料的製備工藝，用金屬絲編織金屬絲網；金屬絲網的孔隙中填滿活性炭，然後放入真空爐中，在1000℃～2300℃下保溫1～6小時，使金屬絲網的金屬元素與活性炭充分反應，製作出碳化物絲網；將製作好的碳化物絲網固定在耐磨工件鑄型的相應部位，合型、等待澆注；熔金屬材料，得到液態金屬材料；採用鑄造方法將液態金屬材料澆入固定有碳化物絲網的耐磨工件的鑄型中。用該方法製備的複合材料能夠更好的滿足抗衝擊性、耐腐蝕性、耐高溫、耐磨損性等多種工況要求的，具有使用壽命長、價格低的優點。
文檔編號C22C47/12GK101024872SQ20071001743
公開日2007年8月29日 申請日期2007年2月14日 優先權日2007年2月14日
發明者劉環, 許雲華, 張勝利, 崔雅茹 申請人:西安建築科技大學