活性炭碳化物絲網銅基複合材料的製備工藝的製作方法
2023-04-30 16:34:06
專利名稱：活性炭碳化物絲網銅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銅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、耐腐蝕材料的製造工藝。
背景技術：
銅和銅合金具有高的導電性， 導熱性， 耐腐蝕性及優良的工藝成型性， 因而被廣泛應用於電力、電工、礦山、冶金、機械製造、鐵路、船舶等。但是由於銅和銅合金的耐磨損性能不高而使其應用受到限制。
目前生產上在提高銅及銅合金的耐磨損性能方面，出現了不同的方法，如合金化法、熱處理法等，這些方法雖然能夠提高銅及銅合金的耐磨損性能，提高幅度不理想。近年來，複合材料的研究和發展較快，出現了表面鑄滲法銅合金表面增強複合材料、顆粒增強銅基複合材料，纖維增強銅基複合材料等，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，如顆粒增強銅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，以提高銅及其合金的耐磨性。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碳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碳化層，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銅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)、熔煉銅合金，得到液態銅合金；(5)、採用鑄造方法將液態銅合金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的釩、鈮、鉬、鉭、鉻、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。
所述銅合金是錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、矽青銅、鉻青銅、鑄造白銅或鑄造黃銅。
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，得到高硬度的碳化物絲網，然後用鑄造的方法製備耐磨、耐腐蝕、耐高溫複合材料，一方面利用碳化物絲網強化基體，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，本發明中，可以根據需要使增強相碳化物絲網在金屬基體中隨意分布。
2、本發明的活性炭碳化物絲網銅基複合材料製備工藝中，既可根據零件使用時不同的工況，將碳化物絲網固定於鑄型的局部，澆注液態銅合金後冷卻，得到局部耐磨、耐腐蝕、耐高溫性提高的零件，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，以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、耐高溫零件，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為本發明實施例軸套主視圖；圖3為本發明軸套碳化物絲網截面圖；圖4為本發明碳化物絲網複合材料軸套主視圖；圖5為本發明碳化物絲網複合材料軸套局部放大圖；
圖6為本發明實施例圓盤主視圖；圖7為本發明實施例圓盤俯視圖；圖8為本發明實施例金屬絲網11主視圖；圖9為本發明實施例金屬絲網11俯視圖；圖10為本發明實施例金屬絲網12主視圖；圖11為本發明實施例金屬絲網12俯視圖；圖12為本發明實施例碳化物絲網複合材料圓盤主視圖；圖13為本發明實施例碳化物絲網複合材料圓盤俯視圖。
具體實施例方式
本發明碳化物絲網1可以是所述碳化釩、碳化鈮、碳化鉬、碳化鉭、碳化鉻、碳化鎢絲網。
本發明銅合金2可以是所述銅合金是錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、矽青銅、鉻青銅、鑄造白銅或鑄造黃銅。
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鑄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1軸套實施例如圖1至5所示為軸套3主視圖，截面為圓環形。實際應用中要求零件上內圓柱面4和內圓柱面5耐磨。因此鑄造時，將碳化物絲網1放置鑄型中與內圓柱面4和內圓柱面5相應的部位。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)，並製作鑄造用鑄型。根據實際應用中軸套3上內圓柱面4和內圓柱面5的磨損情況，確定碳化物絲網1的形狀及尺寸。碳化物絲網1為截面為圓環狀的圓柱體，其尺寸為內徑與軸套內徑一致，外徑根據內圓柱面4和內圓柱面5的磨損情況確定，高與圓柱面4和內圓柱面5的長度一致。
本實施例採用Mo2C絲網，還可採用碳化釩、碳化鈮、碳化鉭、碳化鉻、碳化鎢絲網。銅合金2採用錫青銅。
現以Mo2C絲網-錫青銅軸套為例。
製作Mo2C絲網-錫青銅軸套步驟如下a.選用直徑為為0.01～2.5mm的鉬金屬絲。
c.用鉬金屬絲編織矩形多層鉬金屬絲網，其絲網中鉬絲間距一般控制在0.01～10.0mm。
b.根據放置Mo2C絲網1的部位及尺寸確定鉬金屬絲網的形狀及尺寸，進行裁剪，並捲成圓環狀。
c.對捲成圓環狀的鉬金屬絲網用HNO3:HF:H2O的酸液洗滌，進行除鏽、除油、除汙處理；用鹼液去除表面氧化皮；d.將捲成圓環狀並除鏽、除汙、除油、除氧化皮後的鉬金屬絲網縫隙中填滿活性炭後放入真空爐中，於1400℃～2200℃，保溫1～6小時，使鉬金屬絲網的鉬與活性炭充分反應，得到Mo2C，製作出Mo2C絲網1；如圖3所示。
e.將製作好的Mo2C絲網1固定在鑄型型腔中的相應部位，合型，等待澆注。
f.熔煉錫青銅2，然後採用重力砂型鑄造。將液態錫青銅2澆入鑄型中，使錫青銅充滿鑄型型腔及Mo2C絲網1縫隙，待液態錫青銅2完全凝固、冷卻後，去除鑄型、澆注系統、飛邊、毛刺，即製備出耐磨性、耐腐蝕、耐高溫性優異的Mo2C絲網錫青銅複合材料軸套。見圖4、圖5。
本實施例中青銅2還可採用鋁青銅、鈹青銅、矽青銅、鉻青銅、鑄造白銅、鑄造黃銅。
實施例二圓盤實施例參見圖6至圖13所示，圓盤零件6在使用過程中，要求圓盤零件6上表面7、表面8、表面9、表面10耐磨，因此鑄造時，將碳化物絲網1放置在鑄型腔中與表面7、表面8、表面9、表面10相應的部位。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)，並製作鑄造用鑄型。根據實際使用中，圓盤零件6上表面7、表面8、表面9、表面10的磨損情況，確定碳化物絲網1的形狀、尺寸。圓盤零件6上表面7、表面8的形狀、尺寸一致，表面9、表面10的形狀、尺寸一致。所以表面7、表面8處碳化物絲網1的形狀、尺寸一致，見金屬絲網11。表面9、表面10處碳化物絲網1的形狀、尺寸一致，見金屬絲網12。
本實施例採用碳化鉻絲網，還可採用Mo2C、碳化釩、碳化鈮、碳化鉭、碳化鉻、碳化鎢絲網。銅合金2採用黃銅(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)。
現以碳化鉻絲網-黃銅(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)圓盤為例。
製作碳化鉻絲網-黃銅(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)圓盤步驟如下a.選用直徑為為0.01～2.5mm的鉻金屬絲。
b.用鉻金屬絲編織多層矩形鉻金屬絲網，多層矩形鉻金屬絲網中鉻金屬絲間距一般控制在0.01～10.0mm。
c.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，並對多層矩形鉻金屬絲網進行裁剪，製成四個鉻金屬絲網11、四個鉻金屬絲網12。
d.對鉻金屬絲網11、12用HNO3:HF:H2O的酸液洗滌，進行除鏽、除油、除汙處理；用鹼液去除表面氧化皮；e.將製成所需形狀、尺寸並除鏽、除汙、除油、除氧化皮後的鉻金屬絲網11、12縫隙填滿活性炭並放入真空爐中，於1200℃～1750℃，保溫1～6小時，使鉻金屬絲網11、12的鉻與活性炭充分反應，得到碳化鉻，製作出四個與11形狀、尺寸一致的碳化鉻絲網13、四個與12形狀、尺寸一致的碳化鉻絲網14；f.將製作好的四個碳化鉻絲網13和四個碳化鉻絲網14分別固定在鑄型型腔中與9、10、11、12相應部位，合型，等待澆注。
g.熔煉黃銅2(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)，然後採用重力砂型鑄造。將液態黃銅2(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)澆入鑄型中，使液態黃銅2(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)充滿鑄型型腔及碳化鉻絲網13、14縫隙，待液態黃銅2(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)完全凝固、冷卻後，去除鑄型、澆注系統、飛邊、毛刺，即製備出耐磨性、耐腐蝕、耐高溫性優異的碳化鉻絲網黃銅(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)複合材料圓盤。見圖12、圖13。
本實施例中黃銅2還可採用鋁青銅、鈹青銅、錫青銅、鉻青銅、鑄造白銅、其他鑄造黃銅。
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的材質及絲材規格、絲材間距，變換銅合金2和碳化物絲網2的形狀尺寸和碳化溫度外，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銅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)、熔煉銅合金，得到液態銅合金；(5)、採用鑄造方法將液態銅合金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銅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的釩、鈮、鉬、鉭、鉻、鎢金屬絲。
3.根據權利要求1或2所述活性炭碳化物絲網銅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銅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銅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銅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所述活性碳碳化物絲網銅基複合材料的製備工藝，其特徵在於所述銅合金是錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、矽青銅、鉻青銅、鑄造白銅或鑄造黃銅。
全文摘要
本發明公開了一種活性炭碳化物絲網銅基複合材料的製備工藝，該製備工藝包括以下步驟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的相應部位，合型、等待澆注；熔煉銅合金，得到液態銅合金；採用鑄造方法將液態銅合金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C22C49/00GK101063191SQ20071001743
公開日2007年10月31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 申請人:西安建築科技大學