專利名稱：一種Al₂O₃顆粒表面增強鋼基復合材料的鑄滲方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鑄造領域，特別涉及鑄滲技術領域。
背景技術：
磨損是機械零件失效的主要形式之一，磨料磨損相應占到材料磨損的50%。在磨料磨損中，低應力沖蝕磨損又占到一定比例。低應力沖蝕磨損廣泛存在于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中， 如礦山、電廠等灰漿泵過流部件和管道及閥門的磨損。這些易磨損件在工作過程中不但承受固體粒子的沖蝕與切削作用，而且還要承受液體介質(zhì)的腐蝕作用及高溫的作用，工作環(huán)境極其惡劣，因而使這些耐磨件的使用壽命較低。目前在工礦企業(yè)中常用沖蝕磨損的耐磨材料有白口鑄鐵、耐磨鋼、有色合金、陶瓷、塑料橡膠等幾大類別。這些材料往往使硬度、韌性、高溫強度、抗氧化腐蝕性、耐熱性等性能的配合不盡人意，而且有些性能的提高也非常有限。對于變化的復雜沖蝕磨損工況，其耐磨耐熱耐腐蝕性難以取得突破性進展。目前，渣漿泵比較廣泛使用的材料是高鉻鑄鐵，高鉻鑄鐵具有較高的硬度，以及一定的抗腐蝕能力，在渣漿泵上使用取得一定的成效。但隨著實際工況生產(chǎn)量的加大，以及渣漿泵向大型化的發(fā)展，液體漿料的輸送速度增加，渣漿泵的磨損也就愈嚴重。高鉻鑄鐵難以抵抗高速固體粒子的沖蝕磨損和液體介質(zhì)引起的腐蝕和氣蝕。因此，高鉻鑄鐵作為渣漿泵過流部件材料并不是十分理想的材料。有色合金類、陶瓷類、塑料橡膠類耐磨材料，近年有所發(fā)展。但從實際應用情況來看，都存在某些方面的不足之處，如陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性、耐腐蝕性和高溫抗氧化性，非常適用于低應力磨損條件下的使用，但是由于陶瓷材料制備、加工困難，生產(chǎn)成本高，以及脆性大的特點，使其應用受到限制。鋼鐵金屬有很好的可加工性、韌性和強度，Al2O3具有很多優(yōu)良的性能，如具有高的強度、硬度、耐磨性、耐蝕性等性能，可作為各種覆層材料。為了發(fā)揮金屬和陶瓷的各自優(yōu)點，將陶瓷材料和金屬材料復合形成表面復合材料，既充分發(fā)揮各自材料的性能，又可以人為地針對不同工況條件進行材料性能和結構的設計，是低應力磨損條件下耐磨材料的一個發(fā)展方向。現(xiàn)有技術中有采用自蔓延技術在鋼管內(nèi)表面形成Al2O3陶瓷的方法，然而，在非回轉(zhuǎn)體表面采用鑄滲的方法形成Al2O3陶瓷覆層的技術還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種Al2O3顆粒表面增強鋼基復合材料的鑄滲方法，通過該方法制備的Al2O3顆粒表面增強鋼基復合材料不僅具有金屬很好的可加工性、韌性和強度，還具有陶瓷材料高的硬度和好的耐蝕性能。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為一種Al2O3顆粒表面增強鋼基復合材料的鑄滲方法，按以下步驟進行，1)配比組分粒度為120-150目和200-320目兩種規(guī)格的Al2O3顆粒，其中以重量百分比計120-150目占30-50%，200-320目的占50-70% ；粘結劑為高純粘土，占Al2O3 顆粒的質(zhì)量比為6-10%，輔料為硼酸、氟化鈉、PVC粒子，其中硼酸占Al2O3顆粒的質(zhì)量比為 0.3% -0.8%,氟化鈉占Al2O3顆粒的質(zhì)量比為5% -8%，PVC粒子占Al2O3顆粒的質(zhì)量比為 8% -12% ；2)制備Al2O3預制塊將上步選好的Al2O3顆粒、粘結劑以及輔料，機械混合均勻后，放入壓機中壓制成預制塊，預制塊的形狀和尺寸根據(jù)需要復合的部位的情況確定；3)焙燒坯塊將步驟2)得到的預制塊在爐中在800-850°C下焙燒1. 5-2個小時；4)固定預制塊將焙燒后的預制塊放入砂型中需要復合的部位，并固定好；5)熔煉鑄滲在中頻感應電爐中熔煉鋼液，純鋁脫氧，澆鑄溫度為 15500C -1650°C，將步驟4)的砂型放在真空澆注室內(nèi)，抽真空，真空度為0. 02-0. 03MPa，進行澆注，澆注完畢繼續(xù)抽真空2-lOmin，使得熔融金屬充分充型并鑄滲到預制塊的孔隙中， 冷卻后開箱、落砂及清理，即得到Al2O3顆粒表面增強鋼基復合材料。本發(fā)明的有益效果在于1.本發(fā)明以廣泛應用的鋼鐵材料為基體，Al2O3顆粒作為增強相，采用鑄滲法制備 Al2O3顆粒表面增強鋼基復合材料，復合工藝簡單、成本低廉、適用于低應力磨料沖蝕磨損工況下使用的表面復合耐磨材質(zhì)。2. Al2O3顆粒表面增強鋼基復合材料的特征為=Al2O3顆粒很好的鑲嵌在鋼基體中， Al2O3顆粒采用不同粒度混合，因而排列比較緊密，但無聚團現(xiàn)象，Al2O3顆粒周圍充滿了鋼基體，呈冶金結合狀態(tài)。鋼表面鑄滲復合層的主要組織為Al2O3顆粒+鋼基體+石墨，鋼基體主要為鐵素體。
具體實施例方式下面結合附圖
和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。實施例一一種Al2O3顆粒表面增強鋼基復合材料的鑄滲方法，按以下步驟進行，1)配比組分粒度為120-150目和200-320目兩種規(guī)格的Al2O3顆粒，其中以重量百分比計120-150目占30%，200-320目的占70% ；粘結劑為高純粘土，占Al2O3顆粒的質(zhì)量比為6%，輔料為硼酸、氟化鈉、PVC粒子，其中硼酸占Al2O3顆粒的質(zhì)量比為0.3%，氟化鈉占Al2O3顆粒的質(zhì)量比為5 %，PVC粒子占Al2O3顆粒的質(zhì)量比為8% ；2)制備Al2O3預制塊將上步選好的Al2O3顆粒、粘結劑以及輔料，機械混合均勻后，放入壓機中壓制成預制塊，預制塊的形狀為平面狀，厚度為3毫米；3)焙燒坯塊將步驟2)得到的預制塊在爐中在800°C下焙燒1. 5小時；4)固定預制塊將焙燒后的預制塊放入砂型頂部，并固定好；5)熔煉鑄滲在中頻感應電爐中熔煉鋼液，純鋁脫氧，澆鑄溫度為1550°C，將步驟 4)的砂型放在真空澆注室內(nèi)，抽真空，真空度為0. 02-0. 03MPa，進行澆注，澆注完畢繼續(xù)抽真空5min，使得熔融金屬充分充型并鑄滲到預制塊的孔隙中，冷卻后開箱、落砂及清理，即得到Al2O3顆粒表面增強鋼基復合材料。實施例二—種Al2O3顆粒表面增強鋼基復合材料的鑄滲方法，按以下步驟進行，
1)配比組分粒度為120-150目和200-320目兩種規(guī)格的Al2O3顆粒，其中以重量百分比計120-150目占40%，200-320目的占60% ；粘結劑為高純粘土，占Al2O3顆粒的質(zhì)量比為8%，輔料為硼酸、氟化鈉、PVC粒子，其中硼酸占Al2O3顆粒的質(zhì)量比為0.5%，氟化鈉占Al2O3顆粒的質(zhì)量比為6%，PVC粒子占Al2O3顆粒的質(zhì)量比為10% ；2)制備Al2O3預制塊將上步選好的Al2O3顆粒、粘結劑以及輔料，機械混合均勻后，放入壓機中壓制成預制塊，預制塊的形狀為平面狀，厚度為2毫米3)焙燒坯塊將步驟2)得到的預制塊在爐中在850°C下焙燒1. 5個小時；4)固定預制塊將焙燒后的預制塊放入砂型的側面，并固定好；5)熔煉鑄滲在中頻感應電爐中熔煉鋼液，純鋁脫氧，澆鑄溫度為1550°C，將步驟 4)的砂型放在真空澆注室內(nèi)，抽真空，真空度為0. 02-0. 03MPa，進行澆注，澆注完畢繼續(xù)抽真空5min，使得熔融金屬充分充型并鑄滲到預制塊的孔隙中，冷卻后開箱、落砂及清理，即得到Al2O3顆粒表面增強鋼基復合材料。實施例三一種Al2O3顆粒表面增強鋼基復合材料的鑄滲方法，按以下步驟進行，1)配比組分粒度為120-150目和200-320目兩種規(guī)格的Al2O3顆粒，其中以重量百分比計120-150目占50%，200-320目的占70% ；粘結劑為高純粘土，占Al2O3顆粒的質(zhì)量比為10%，輔料為硼酸、氟化鈉、PVC粒子，其中硼酸占Al2O3顆粒的質(zhì)量比為0.8%，氟化鈉占Al2O3顆粒的質(zhì)量比為8%，PVC粒子占Al2O3顆粒的質(zhì)量比為8% ；2)制備Al2O3預制塊將上步選好的Al2O3顆粒、粘結劑以及輔料，機械混合均勻后，放入壓機中壓制成預制塊，預制塊的形狀為平面狀，厚度為3. 5毫米；3)焙燒坯塊將步驟2)得到的預制塊在爐中在850°C下焙燒2個小時；4)固定預制塊將焙燒后的預制塊放入砂型的底部，并固定好；5)熔煉鑄滲在中頻感應電爐中熔煉鋼液，純鋁脫氧，澆鑄溫度為1650°C，將步驟 4)的砂型放在真空澆注室內(nèi)，抽真空，真空度為0. 02-0. 03MPa，進行澆注，澆注完畢繼續(xù)抽真空5min，使得熔融金屬充分充型并鑄滲到預制塊的孔隙中，冷卻后開箱、落砂及清理，即得到Al2O3顆粒表面增強鋼基復合材料。Al2O3顆粒表面增強鋼基復合材料相對耐磨性的最大值出現(xiàn)在沖蝕角45°，但在沖蝕角30°、45°和60°時該復合材料的相對沖蝕磨損耐磨性都比其它三種材料高。高鉻鑄鐵沖蝕磨損耐磨性在90°的沖蝕角度下是四種材料中最好的。低鉻鑄鐵的最大沖蝕磨損磨損率出現(xiàn)在沖蝕角60°，其最好的沖蝕磨損耐磨性出現(xiàn)在沖蝕角45°。表1為沖蝕角45°下試驗材料的沖蝕磨損試驗結果，從表中可以看出Al2O3顆粒表面增強鋼基復合材料的沖蝕磨損耐磨性最好，其相對沖蝕磨損耐磨性為Q235鋼的5. 25倍。表1材料的沖蝕磨損試驗結果(沖蝕角45° )
權利要求
1. 一種Al2O3顆粒表面增強鋼基復合材料的鑄滲方法，其特征在于，按以下步驟進行，1)配比組分粒度為120-150目和200-320目兩種規(guī)格的Al2O3顆粒，其中以重量百分比計120-150目占30-50% ,200-320目的占50-70 % ；粘結劑為高純粘土，占Al2O3顆粒的質(zhì)量比為6-10%，輔料為硼酸、氟化鈉、PVC粒子，其中硼酸占Al2O3顆粒的質(zhì)量比為 0.3% -0.8%,氟化鈉占Al2O3顆粒的質(zhì)量比為5% -8%，PVC粒子占Al2O3顆粒的質(zhì)量比為 8% -12% ；2)制備Al2O3預制塊將上步選好的Al2O3顆粒、粘結劑以及輔料，機械混合均勻后，放入壓機中壓制成預制塊，預制塊的形狀和尺寸根據(jù)需要復合的部位的情況確定；3)焙燒坯塊將步驟2)得到的預制塊在爐中在800-850°C下焙燒1.5-2個小時；4)固定預制塊將焙燒后的預制塊放入砂型中需要復合的部位，并固定好；5)熔煉鑄滲在中頻感應電爐中熔煉鋼液，純鋁脫氧，澆鑄溫度為1550°C-1650°C，將步驟4)的砂型放在真空澆注室內(nèi)，抽真空，真空度為0. 02-0. 03MPa，進行澆注，澆注完畢繼續(xù)抽真空2-lOmin，使得熔融金屬充分充型并鑄滲到預制塊的孔隙中，冷卻后開箱、落砂及清理，即得到Al2O3顆粒表面增強鋼基復合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Al2O3顆粒表面增強鋼基復合材料的鑄滲方法，包括配比、制備Al2O3預制塊、焙燒坯塊、固定預制塊、熔煉鑄滲五個步驟。本發(fā)明制備的復合材料，Al2O3顆粒很好的鑲嵌在鋼基體中，Al2O3顆粒采用不同粒度混合，因而排列比較緊密，但無聚團現(xiàn)象，Al2O3顆粒周圍充滿了鋼基體，呈冶金結合狀態(tài)。本發(fā)明發(fā)發(fā)復合工藝簡單、成本低廉、適用于低應力磨料沖蝕磨損工況下使用的表面復合耐磨材質(zhì)。
文檔編號B22D18/06GK102366829SQ201110306220
公開日2012年3月7日 申請日期2011年10月10日 優(yōu)先權日2011年10月10日
發(fā)明者陳偉軍 申請人:陳偉軍