專利名稱：活性炭碳化物絲網(wǎng)銅基復合材料的制備工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種耐磨復合材料的制備工藝，特別涉及一種活性碳碳化物絲網(wǎng)銅基復合材料的制備工藝。本發(fā)明應用于礦山、建材、冶金、電力及鐵路等行業(yè)耐磨、耐腐蝕材料的制造工藝。
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(yōu)良的工藝成型性， 因而被廣泛應用于電力、電工、礦山、冶金、機械制造、鐵路、船舶等。但是由于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(chǎn)上在提高銅及銅合金的耐磨損性能方面，出現(xiàn)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，復合材料的研究和發(fā)展較快，出現(xiàn)了表面鑄滲法銅合金表面增強復合材料、顆粒增強銅基復合材料，纖維增強銅基復合材料等，這些耐磨復合材料的應用使零件的耐磨性和使用壽命大大提高，但由于這些耐磨復合材料的制備工藝難以控制穩(wěn)定，如顆粒增強銅基復合材料中顆粒增強相的均勻性難以控制，使得耐磨復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、制造工藝等方面進行深入研究，開發(fā)出一種新的耐磨復合材料的制備工藝，以提高銅及其合金的耐磨性?，F(xiàn)有技術中，有采用鋼、合金鋼金屬絲網(wǎng)與陶瓷耐磨材料的復合工藝，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，得到的復合材料韌性較差?，F(xiàn)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(jù)需要提高零件局部的耐磨性及調整耐磨層的厚度。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種活性炭碳化物絲網(wǎng)銅基復合材料的制備工藝，用該方法制備的復合材料能夠更好的滿足抗沖擊性、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(yōu)點。
本發(fā)明解決技術問題的技術方案是這樣實現(xiàn)的該制備工藝包括以下步驟(1)、用金屬絲編織金屬絲網(wǎng)；(2)、金屬絲網(wǎng)的孔隙中填滿活性炭，然后放入真空爐中，在1000℃～2300℃下保溫1～6小時，使金屬絲網(wǎng)的金屬元素與活性炭充分反應，制作出碳化物絲網(wǎng)；(3)、將制作好的碳化物絲網(wǎng)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(tài)銅合金；(5)、采用鑄造方法將液態(tài)銅合金澆入固定有碳化物絲網(wǎng)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(wǎng)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(jù)工況需要適當增大金屬絲網(wǎng)間距。
所述金屬絲網(wǎng)根據(jù)放置碳化物絲網(wǎng)的耐磨工件部位及尺寸確定金屬絲網(wǎng)的形狀及尺寸，進行裁剪，并制成與耐磨工件一致的形狀。
對制成所需形狀、尺寸的金屬絲網(wǎng)進行表面除銹、除污、除油、除表面氧化皮等處理。
所述步驟(5)采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、硅青銅、鉻青銅、鑄造白銅或鑄造黃銅。
本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明將金屬絲網(wǎng)用活性炭進行碳化處理，得到高硬度的碳化物絲網(wǎng)，然后用鑄造的方法制備耐磨、耐腐蝕、耐高溫復合材料，一方面利用碳化物絲網(wǎng)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，解決了顆粒增強復合材料制備中，增強相難以均勻化分布的難題，本發(fā)明中，可以根據(jù)需要使增強相碳化物絲網(wǎng)在金屬基體中隨意分布。
2、本發(fā)明的活性炭碳化物絲網(wǎng)銅基復合材料制備工藝中，既可根據(jù)零件使用時不同的工況，將碳化物絲網(wǎng)固定于鑄型的局部，澆注液態(tài)銅合金后冷卻，得到局部耐磨、耐腐蝕、耐高溫性提高的零件，復合層厚度可根據(jù)工況要求進行調整；又可將碳化物絲網(wǎng)固定于整個鑄型型腔中，澆注液態(tài)金屬后冷卻，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(chǎn)質量穩(wěn)定，適用于任何形狀、任何大小規(guī)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(fā)明作進一步詳細說明圖1為本發(fā)明工藝流程圖；圖2為本發(fā)明實施例軸套主視圖；圖3為本發(fā)明軸套碳化物絲網(wǎng)截面圖；圖4為本發(fā)明碳化物絲網(wǎng)復合材料軸套主視圖；圖5為本發(fā)明碳化物絲網(wǎng)復合材料軸套局部放大圖；
圖6為本發(fā)明實施例圓盤主視圖；圖7為本發(fā)明實施例圓盤俯視圖；圖8為本發(fā)明實施例金屬絲網(wǎng)11主視圖；圖9為本發(fā)明實施例金屬絲網(wǎng)11俯視圖；圖10為本發(fā)明實施例金屬絲網(wǎng)12主視圖；圖11為本發(fā)明實施例金屬絲網(wǎng)12俯視圖；圖12為本發(fā)明實施例碳化物絲網(wǎng)復合材料圓盤主視圖；圖13為本發(fā)明實施例碳化物絲網(wǎng)復合材料圓盤俯視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明碳化物絲網(wǎng)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(wǎng)。
本發(fā)明銅合金2可以是所述銅合金是錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、鉻青銅、鑄造白銅或鑄造黃銅。
本發(fā)明鑄造方法可以采用重力砂型鑄造、離心鑄造、差壓鑄造、低壓鑄造、真空吸鑄的鑄造方法。根據(jù)耐磨、耐腐蝕、耐高溫零件特點，選擇采用重力砂型鑄造、或離心鑄造、差壓鑄造、低壓鑄造、真空吸鑄的鑄造方法，并制作鑄造耐磨、耐腐蝕、耐高溫零件用鑄型，同時根據(jù)工況要求確定在耐磨工件鑄型鑄腔中放置碳化物絲網(wǎng)的位置，從而確定碳化物絲網(wǎng)1的形狀及尺寸，相應地確定金屬絲網(wǎng)的形狀及尺寸。
本發(fā)明金屬絲網(wǎng)根據(jù)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(huán)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(wǎng)1放置鑄型中與內圓柱面4和內圓柱面5相應的部位。采用重力砂型鑄造的鑄造方法(也可以采用差壓鑄造、低壓鑄造、真空吸鑄的鑄造方法)，并制作鑄造用鑄型。根據(jù)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(wǎng)1的形狀及尺寸。碳化物絲網(wǎng)1為截面為圓環(huán)狀的圓柱體，其尺寸為內徑與軸套內徑一致，外徑根據(jù)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。
本實施例采用Mo2C絲網(wǎng)，還可采用碳化釩、碳化鈮、碳化鉭、碳化鉻、碳化鎢絲網(wǎng)。銅合金2采用錫青銅。
現(xiàn)以Mo2C絲網(wǎng)-錫青銅軸套為例。
制作Mo2C絲網(wǎng)-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(wǎng)，其絲網(wǎng)中鉬絲間距一般控制在0.01～10.0mm。
b.根據(jù)放置Mo2C絲網(wǎng)1的部位及尺寸確定鉬金屬絲網(wǎng)的形狀及尺寸，進行裁剪，并卷成圓環(huán)狀。
c.對卷成圓環(huán)狀的鉬金屬絲網(wǎng)用HNO3:HF:H2O的酸液洗滌，進行除銹、除油、除污處理；用堿液去除表面氧化皮；d.將卷成圓環(huán)狀并除銹、除污、除油、除氧化皮后的鉬金屬絲網(wǎng)縫隙中填滿活性炭后放入真空爐中，于1400℃～2200℃，保溫1～6小時，使鉬金屬絲網(wǎng)的鉬與活性炭充分反應，得到Mo2C，制作出Mo2C絲網(wǎng)1；如圖3所示。
e.將制作好的Mo2C絲網(wǎng)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，然后采用重力砂型鑄造。將液態(tài)錫青銅2澆入鑄型中，使錫青銅充滿鑄型型腔及Mo2C絲網(wǎng)1縫隙，待液態(tài)錫青銅2完全凝固、冷卻后，去除鑄型、澆注系統(tǒng)、飛邊、毛刺，即制備出耐磨性、耐腐蝕、耐高溫性優(yōu)異的Mo2C絲網(wǎng)錫青銅復合材料軸套。見圖4、圖5。
本實施例中青銅2還可采用鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、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(wǎng)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。采用重力砂型鑄造的鑄造方法(也可以采用差壓鑄造、低壓鑄造、真空吸鑄的鑄造方法)，并制作鑄造用鑄型。根據(jù)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(wǎng)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(wǎng)1的形狀、尺寸一致，見金屬絲網(wǎng)11。表面9、表面10處碳化物絲網(wǎng)1的形狀、尺寸一致，見金屬絲網(wǎng)12。
本實施例采用碳化鉻絲網(wǎng)，還可采用Mo2C、碳化釩、碳化鈮、碳化鉭、碳化鉻、碳化鎢絲網(wǎng)。銅合金2采用黃銅(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)。
現(xiàn)以碳化鉻絲網(wǎng)-黃銅(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)圓盤為例。
制作碳化鉻絲網(wǎng)-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(wǎng)，多層矩形鉻金屬絲網(wǎng)中鉻金屬絲間距一般控制在0.01～10.0mm。
c.根據(jù)放置碳化鉻絲網(wǎng)1的部位及尺寸確定鉻金屬絲網(wǎng)的形狀及尺寸，并對多層矩形鉻金屬絲網(wǎng)進行裁剪，制成四個鉻金屬絲網(wǎng)11、四個鉻金屬絲網(wǎng)12。
d.對鉻金屬絲網(wǎng)11、12用HNO3:HF:H2O的酸液洗滌，進行除銹、除油、除污處理；用堿液去除表面氧化皮；e.將制成所需形狀、尺寸并除銹、除污、除油、除氧化皮后的鉻金屬絲網(wǎng)11、12縫隙填滿活性炭并放入真空爐中，于1200℃～1750℃，保溫1～6小時，使鉻金屬絲網(wǎng)11、12的鉻與活性炭充分反應，得到碳化鉻，制作出四個與11形狀、尺寸一致的碳化鉻絲網(wǎng)13、四個與12形狀、尺寸一致的碳化鉻絲網(wǎng)14；f.將制作好的四個碳化鉻絲網(wǎng)13和四個碳化鉻絲網(wǎng)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)，然后采用重力砂型鑄造。將液態(tài)黃銅2(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)澆入鑄型中，使液態(tài)黃銅2(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)充滿鑄型型腔及碳化鉻絲網(wǎng)13、14縫隙，待液態(tài)黃銅2(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)完全凝固、冷卻后，去除鑄型、澆注系統(tǒng)、飛邊、毛刺，即制備出耐磨性、耐腐蝕、耐高溫性優(yōu)異的碳化鉻絲網(wǎng)黃銅(ZCuZn24Al5Fe2Mn2)復合材料圓盤。見圖12、圖13。
本實施例中黃銅2還可采用鋁青銅、鈹青銅、錫青銅、鉻青銅、鑄造白銅、其他鑄造黃銅。
對于其他耐磨、耐腐蝕、耐高溫零件的制備，除需變換碳化物絲網(wǎng)1的材質及絲材規(guī)格、絲材間距，變換銅合金2和碳化物絲網(wǎng)2的形狀尺寸和碳化溫度外，采用與實施例一、二相同的工藝步驟。
權利要求
1.一種活性炭碳化物絲網(wǎng)銅基復合材料的制備工藝，其特征在于該制備工藝包括以下步驟(1)、用金屬絲編織金屬絲網(wǎng)；(2)、金屬絲網(wǎng)的孔隙中填滿活性炭，然后放入真空爐中，在1000℃～2300℃下保溫1～6小時，使金屬絲網(wǎng)的金屬元素與活性炭充分反應，制作出碳化物絲網(wǎng)；(3)、將制作好的碳化物絲網(wǎng)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(tài)銅合金；(5)、采用鑄造方法將液態(tài)銅合金澆入固定有碳化物絲網(wǎng)的耐磨工件的鑄型中。
2.根據(jù)權利要求1所述活性炭碳化物絲網(wǎng)銅基復合材料的制備工藝，其特征在于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(jù)權利要求1或2所述活性炭碳化物絲網(wǎng)銅基復合材料的制備工藝，其特征在于所述金屬絲網(wǎng)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(jù)工況需要適當增大金屬絲網(wǎng)間距。
4.根據(jù)權利要求3所述活性炭碳化物絲網(wǎng)銅基復合材料的制備工藝，其特征在于所述金屬絲網(wǎng)根據(jù)放置碳化物絲網(wǎng)的耐磨工件部位及尺寸確定金屬絲網(wǎng)的形狀及尺寸，進行裁剪，并制成與耐磨工件一致的形狀。
5.根據(jù)權利要求4所述活性炭碳化物絲網(wǎng)銅基復合材料的制備工藝，其特征在于對制成所需形狀、尺寸的金屬絲網(wǎng)進行表面除銹、除污、除油、除表面氧化皮等處理。
6.根據(jù)權利要求1所述活性炭碳化物絲網(wǎng)銅基復合材料的制備工藝，其特征在于所述步驟(5)采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(jù)權利要求1所述活性碳碳化物絲網(wǎng)銅基復合材料的制備工藝，其特征在于所述銅合金是錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、鉻青銅、鑄造白銅或鑄造黃銅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種活性炭碳化物絲網(wǎng)銅基復合材料的制備工藝，該制備工藝包括以下步驟用金屬絲編織金屬絲網(wǎng)；金屬絲網(wǎng)的孔隙中填滿活性炭，然后放入真空爐中，在1000℃～2300℃下保溫1～6小時，使金屬絲網(wǎng)的金屬元素與活性炭充分反應，制作出碳化物絲網(wǎng)；將制作好的碳化物絲網(wǎng)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(tài)銅合金；采用鑄造方法將液態(tài)銅合金澆入固定有碳化物絲網(wǎng)的耐磨工件的鑄型中。用該方法制備的復合材料能夠更好的滿足抗沖擊性、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(yōu)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(yōu)先權日2007年2月14日
發(fā)明者劉環(huán), 許云華, 張勝利 申請人:西安建筑科技大學