一種複合耐磨材料的製備方法與流程
2023-05-18 04:02:16 2
本發明涉及一種複合耐磨材料的製備方法，屬於耐磨材料製備技術領域。
背景技術：
磨損是預製件產生失效的一種最基本的類型，目前普遍存在於冶金、礦山、火電、機械、水泥、煤礦等許多行業。這造成了原材料的極大浪費和能源的巨大的消耗，據不完全統計，我國每年消耗金屬耐磨材料高達500萬噸以上。可見提高機械設備及零件部件的耐磨性能，可以有效減少能源的消耗，也可以提高勞動生產率。
目前，研究最多的是以氧化鋁，碳化矽，碳化鎢陶瓷顆粒為骨料，合金粉末或基體金屬粉末為填充劑，選擇合適的粘結劑，壓製成型，製成預製塊，烘乾，在真空燒結爐內熔化合金粉末、基體金屬粉末，把陶瓷顆粒粘接成多孔的陶瓷預製體。然後再澆鑄基體金屬液。在澆鑄基體金屬液時，合金粉末熔化，金屬液填充至該合金粉末的孔隙中，這樣的預製體是靠粘接劑粘接成型易脆裂、易剝落。孔隙均勻性差，在澆鑄基體金屬液時，基體金屬液滲透不透徹，不均勻，陶瓷顆粒和基體金屬液的粘結性較差，從而導致耐磨性能較差，抗衝擊性能差，其次，合金粉末價格昂貴，導致製造成本高。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題：針對現有的耐磨材料中陶瓷顆粒與基體金屬液的粘結性較差，從而導致耐磨性能和抗衝擊性能較差的問題，本發明首先將廢棄陶瓷、碳化矽等物質進行混合球磨，得到混合粉末，再將純銅熔融後，與鋁、鐵等金屬進行混合加熱，得到混合金屬液體，接著將其與混合粉末進行混合澆鑄，經淬火，加熱升溫、再淬火，得到固體，最後對其進行電暈處理和真空燒結，得到複合耐磨材料。本發明製備的複合耐磨材料耐磨性能和抗衝擊性能好，便於工業運用。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是：
（1）按重量份數計，分別選取30～40份廢棄陶瓷、5～10份碳化矽、6～8份二氧化鋯、3～5份微晶玻璃、2～4份炭黑和1～3份氮化鈦，按球料質量比10:1將物料加入到球磨罐中，球磨20～30h後過100～120目篩，得混合粉末，備用；
（2）按質量百分比計，分別選取6～10%Al、0.6～0.8%Fe、2.5～3.0%Nb、3.5～5.0%Mo、0.3～0.5%Ni、15～20%Mn、1～3%Zn，其餘的為純銅，先將純銅放入石墨粘土坩堝中，再把坩堝放入電阻爐中，在高純氬氣的氣氛下加熱至1100～1200℃使銅熔融，隨後向液體銅中加入Al、Fe、Nb、Mo、Ni、Mn、Zn組分，繼續保溫熱處理15～20min，得混合金屬液體；
（3）將上述混合金屬液體中加入步驟（1）備用的混合粉末，隨後立即澆鑄到模具中，冷卻至700～800℃出爐，用自來水淬火3～5min，淬火後再放入電阻爐中以10～15℃/min速率升溫至700～800℃，保溫5～10min後出爐，用自來水淬火至室溫，得固體；
（4）將上述固體放置於電暈放電儀上，處理電壓為50～70kV，每隔20～30s處理一次，每次處理5～10s，電暈處理3～5min後，將電暈處理後的固體放入真空氣氛燒結爐中，在1300～1500℃溫度下保溫燒結20～25min，燒結後冷卻至室溫，得複合耐磨材料。
本發明製備的複合耐磨材料拉伸強度達到1250MPa以上，抗壓強度達到680MPa以上，衝擊韌性達到65J/cm2以上，摩擦係數為0.2～0.3，體積磨損低於1.95×10-4cm3。
本發明與其他方法相比，有益技術效果是：
（1）本發明製備的複合耐磨材料耐磨性能高，摩擦係數為0.2～0.3，體積磨損低於1.95×10-4cm3；
（2）本發明製備的複合耐磨材料基料之間的粘結性較好，提高了其抗衝擊強度，其衝擊韌性達到65J/cm2以上；
（3）本發明製備的複合耐磨材料製備工藝簡單，成本低廉，便於工業運用。
具體實施方式
首先按重量份數計，分別選取30～40份廢棄陶瓷、5～10份碳化矽、6～8份二氧化鋯、3～5份微晶玻璃、2～4份炭黑和1～3份氮化鈦，按球料質量比10:1將物料加入到球磨罐中，球磨20～30h後過100～120目篩，得混合粉末，備用；再按質量百分比計，分別選取6～10%Al、0.6～0.8%Fe、2.5～3.0%Nb、3.5～5.0%Mo、0.3～0.5%Ni、15～20%Mn、1～3%Zn，其餘的為純銅，先將純銅放入石墨粘土坩堝中，再把坩堝放入電阻爐中，在高純氬氣的氣氛下加熱至1100～1200℃使銅熔融，隨後向液體銅中加入Al、Fe、Nb、Mo、Ni、Mn、Zn組分，繼續保溫熱處理15～20min，得混合金屬液體；接著將上述混合金屬液體中加入備用的混合粉末，隨後立即澆鑄到模具中，冷卻至700～800℃出爐，用自來水淬火3～5min，淬火後再放入電阻爐中以10～15℃/min速率升溫至700～800℃，保溫5～10min後出爐，用自來水淬火至室溫，得固體；最後將上述固體放置於電暈放電儀上，處理電壓為50～70kV，每隔20～30s處理一次，每次處理5～10s，電暈處理3～5min後，將電暈處理後的固體放入真空氣氛燒結爐中，在1300～1500℃溫度下保溫燒結20～25min，燒結後冷卻至室溫，得複合耐磨材料。
實例1
首先按重量份數計，分別選取40份廢棄陶瓷、10份碳化矽、8份二氧化鋯、5份微晶玻璃、4份炭黑和3份氮化鈦，按球料質量比10:1將物料加入到球磨罐中，球磨30h後過120目篩，得混合粉末，備用；再按質量百分比計，分別選取10%Al、0.8%Fe、3.0%Nb、5.0%Mo、0.5%Ni、20%Mn、3%Zn，其餘的為純銅，先將純銅放入石墨粘土坩堝中，再把坩堝放入電阻爐中，在高純氬氣的氣氛下加熱至1200℃使銅熔融，隨後向液體銅中加入Al、Fe、Nb、Mo、Ni、Mn、Zn組分，繼續保溫熱處理20min，得混合金屬液體；接著將上述混合金屬液體中加入備用的混合粉末，隨後立即澆鑄到模具中，冷卻至800℃出爐，用自來水淬火5min，淬火後再放入電阻爐中以15℃/min速率升溫至700℃，保溫10min後出爐，用自來水淬火至室溫，得固體；最後將上述固體放置於電暈放電儀上，處理電壓為70kV，每隔30s處理一次，每次處理10s，電暈處理5min後，將電暈處理後的固體放入真空氣氛燒結爐中，在1500℃溫度下保溫燒結25min，燒結後冷卻至室溫，得複合耐磨材料。
本發明製備的複合耐磨材料拉伸強度達到1256MPa，抗壓強度達到685MPa，衝擊強度達到67J/cm2，摩擦係數為0.3，體積磨損為1.94×10-4cm3。
實例2
首先按重量份數計，分別選取30份廢棄陶瓷、5份碳化矽、6份二氧化鋯、3份微晶玻璃、2份炭黑和1份氮化鈦，按球料質量比10:1將物料加入到球磨罐中，球磨20h後過100目篩，得混合粉末，備用；再按質量百分比計，分別選取10%Al、0.6%Fe、2.5%Nb、3.5%Mo、0.3%Ni、15%Mn、1%Zn，其餘的為純銅，先將純銅放入石墨粘土坩堝中，再把坩堝放入電阻爐中，在高純氬氣的氣氛下加熱至1100℃使銅熔融，隨後向液體銅中加入Al、Fe、Nb、Mo、Ni、Mn、Zn組分，繼續保溫熱處理15min，得混合金屬液體；接著將上述混合金屬液體中加入備用的混合粉末，隨後立即澆鑄到模具中，冷卻至700℃出爐，用自來水淬火3min，淬火後再放入電阻爐中以10℃/min速率升溫至800℃，保溫5min後出爐，用自來水淬火至室溫，得固體；最後將上述固體放置於電暈放電儀上，處理電壓為50kV，每隔20s處理一次，每次處理5s，電暈處理3min後，將電暈處理後的固體放入真空氣氛燒結爐中，在1300℃溫度下保溫燒結20min，燒結後冷卻至室溫，得複合耐磨材料。
本發明製備的複合耐磨材料拉伸強度達到1257MPa，抗壓強度達到687MPa，衝擊強度達到69J/cm2，摩擦係數為0.2，體積磨損為1.85×10-4cm3。
實例3
首先按重量份數計，分別選取35份廢棄陶瓷、7份碳化矽、7份二氧化鋯、4份微晶玻璃、3份炭黑和2份氮化鈦，按球料質量比10:1將物料加入到球磨罐中，球磨25h後過110目篩，得混合粉末，備用；再按質量百分比計，分別選取7%Al、0.7%Fe、2.7%Nb、4.2%Mo、0.4%Ni、17%Mn、2%Zn，其餘的為純銅，先將純銅放入石墨粘土坩堝中，再把坩堝放入電阻爐中，在高純氬氣的氣氛下加熱至1150℃使銅熔融，隨後向液體銅中加入Al、Fe、Nb、Mo、Ni、Mn、Zn組分，繼續保溫熱處理17min，得混合金屬液體；接著將上述混合金屬液體中加入備用的混合粉末，隨後立即澆鑄到模具中，冷卻至750℃出爐，用自來水淬火4min，淬火後再放入電阻爐中以12℃/min速率升溫至750℃，保溫7min後出爐，用自來水淬火至室溫，得固體；最後將上述固體放置於電暈放電儀上，處理電壓為60kV，每隔25s處理一次，每次處理7s，電暈處理4min後，將電暈處理後的固體放入真空氣氛燒結爐中，在1350℃溫度下保溫燒結22min，燒結後冷卻至室溫，得複合耐磨材料。
本發明製備的複合耐磨材料拉伸強度達到1253MPa，抗壓強度達到684MPa，衝擊強度達到64J/cm2，摩擦係數為0.2，體積磨損低於1.84×10-4cm3。