一種銅基陶瓷缸套及其粉末冶金制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種銅基陶瓷缸套及其粉末冶金制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 缸套工作環(huán)境惡劣，缸套對材質(zhì)的要求非常高，需要有良好的韌性、耐磨性、耐熱 性、耐腐蝕性以及足夠的強度，因此，目前做法是采用符合上述機械性能要求的金屬材質(zhì)制 造缸套，造成缸套成本非常高?，F(xiàn)有技術(shù)中有采用融覆工藝對缸套內(nèi)外表面進行處理，那么 就既能保證缸套的機械性能又可以降低缸套的成本。
[0003] 中國專利CN201310241740X公開了一種專用于缸套表面激光融覆的鎳基金屬陶 瓷合金粉末，提供了一種可專門用于缸套的激光融覆，提高缸套表面金屬組織結(jié)構(gòu)致密性， 從而提高缸套的韌性、耐磨性、強度、耐熱性和耐腐蝕性。該現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果，該 粉末能夠與缸套基材充分融合。各成分均勻分布于融覆層中，針對缸套工作環(huán)境惡劣的情 況，采用超高硬度陶瓷顆粒以提高缸套表面的硬度，另外再選擇一些微量元素以提高缸套 耐磨性、韌性、強度、耐熱性和耐腐蝕性，從而使缸套可適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境，延長使用 壽命。
[0004] 但是以上專利存在一些不足，所述金屬粉末在用于缸套激光融覆時，可能會因操 作的不熟練導(dǎo)致傳熱與熔融不均勻，從而引起金屬粉末與基材之間的融合度差，造成裂紋、 縮孔、氣孔等缺陷。而上述缺陷的存在將會嚴(yán)重影響了缸套的耐磨性、韌性、強度、耐熱性和 耐腐蝕性，從而縮短了缸套的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題：為了獲得一種金屬粉末混合物與陶瓷材料融合均勻，不 易產(chǎn)生裂紋的缸套，本發(fā)明提供了一種銅基陶瓷缸套及其粉末冶金制備方法。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案： 一種銅基陶瓷缸套，由以下原料按重量份數(shù)配比制成：銅粉18~31份、納米氧化銅顆粒 13~28份、石墨烯粉末12~25份、氧化鈦9~18份、碳化硅14~31份、氮化硅9~15份、二氧化 硅10~22份、分散劑5~14份、水22~36份。
[0007] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述銅基陶瓷缸套由以下原料按重量份數(shù)配比制 成：銅粉27份、納米氧化銅顆粒21份、石墨烯粉末19份、氧化鈦13份、碳化硅23份、氮化 硅14份、二氧化硅17份、分散劑11份、水32份。
[0008] -種銅基陶瓷缸套的粉末冶金制備方法，包含以下步驟： (1) 將碳化硅、氮化硅和二氧化硅細(xì)粉加入球磨機中，研磨過程中按質(zhì)量比 1~1. 2:1. 1~1. 5加入水，充分混合后加入分散劑，繼續(xù)球磨3~5小時； (2) 將步驟（1)制得的混合物進行干燥，噴霧制粒； (3) 將步驟（2)獲得的粉末混合物、銅粉、納米氧化銅顆粒、石墨烯粉末及氧化鈦細(xì)粉置 于混料裝置內(nèi)，利用壓力為I. 4~2. I MPa的高壓氣體將上述粉末吹起，5~14分鐘后停止通 入高壓氣體，各粉末共同沉積并均勻混合； (4) 將步驟（3)獲得的原料混合物等靜壓成型，制成坯體； (5) 高溫?zé)Y(jié)步驟（4)獲得的坯體，燒結(jié)溫度為1350~1580°C，燒結(jié)時間為3~5. 5小時。
[0009] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟（1)中將碳化硅、氮化硅和二氧化硅細(xì)粉加 入球磨機中，研磨過程中按質(zhì)量比1. 2:1. 3加入水，充分混合后加入分散劑，繼續(xù)球磨4小 時。
[0010] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟（3)中將步驟（2)獲得的粉末混合物、銅 粉、納米氧化銅顆粒、石墨烯粉末及氧化鈦細(xì)粉置于混料裝置內(nèi)，利用壓力為I. SMPa的高 壓氣體將上述粉末吹起，12分鐘后停止通入高壓氣體，各粉末共同沉積并均勻混合。
[0011] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟（5)中高溫?zé)Y(jié)步驟（4)獲得的坯體，燒結(jié) 溫度為1490°C，燒結(jié)時間為4. 5小時。
[0012] 有益效果 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點： (1) 本發(fā)明所述的銅基陶瓷缸套通過粉末冶金方法將金屬粉末與陶瓷材料混合均勻， 并通過等靜壓方式制作坯體，因而可以保證制備獲得的缸套材質(zhì)均勻、不易產(chǎn)生裂紋； (2) 本發(fā)明所述的銅基陶瓷缸套耐磨性、韌性、強度、耐熱性和耐腐蝕性較現(xiàn)有技術(shù)中 的缸套都有了很大提高，且具有較長的使用壽命。
[0013] (3)本發(fā)明所述銅基陶瓷缸套的制備方法工藝簡單、耗能少、不會對環(huán)境造成污 染。
【具體實施方式】
[0014] 實施例1 一種銅基陶瓷缸套，由以下原料按重量份數(shù)配比制成：銅粉18份、納米氧化銅顆粒13 份、石墨烯粉末12份、氧化鈦9份、碳化硅14份、氮化硅9份、二氧化硅10份、分散劑5份、 水22份。
[0015] -種銅基陶瓷缸套的粉末冶金制備方法，包含以下步驟： (1) 將碳化硅、氮化硅和二氧化硅細(xì)粉加入球磨機中，研磨過程中按質(zhì)量比1:1. 1加入 水，充分混合后加入分散劑，繼續(xù)球磨3小時； (2) 將步驟（1)制得的混合物進行干燥，噴霧制粒； (3) 將步驟（2)獲得的粉末混合物、銅粉、納米氧化銅顆粒、石墨烯粉末及氧化鈦細(xì)粉置 于混料裝置內(nèi)，利用壓力為I. 4 MPa的高壓氣體將上述粉末吹起，5分鐘后停止通入高壓氣 體，各粉末共同沉積并均勻混合； (4) 將步驟（3)獲得的原料混合物等靜壓成型，制成坯體； (5) 高溫?zé)Y(jié)步驟（4)獲得的坯體，燒結(jié)溫度為1350°C，燒結(jié)時間為3小時。
[0016] 實施例2 一種銅基陶瓷缸套，由以下原料按重量份數(shù)配比制成：銅粉27份、納米氧化銅顆粒21 份、石墨烯粉末19份、氧化鈦13份、碳化硅23份、氮化硅14份、二氧化硅17份、分散劑11 份、水32份。
[0017] -種銅基陶瓷缸套的粉末冶金制備方法，包含以下步驟： (1) 將碳化硅、氮化硅和二氧化硅細(xì)粉加入球磨機中，研磨過程中按質(zhì)量比I. 2:1. 3加 入水，充分混合后加入分散劑，繼續(xù)球磨4小時； (2) 將步驟（1)制得的混合物進行干燥，噴霧制粒； (3) 將步驟（2)獲得的粉末混合物、銅粉、納米氧化銅顆粒、石墨烯粉末及氧化鈦細(xì)粉置 于混料裝置內(nèi)，利用壓力為I. SMPa的高壓氣體將上述粉末吹起，12分鐘后停止通入高壓氣 體，各粉末共同沉積并均勻混合； (4) 將步驟（3)獲得的原料混合物等靜壓成型，制成坯體； (5) 高溫?zé)Y(jié)步驟（4)獲得的坯體，燒結(jié)溫度為1490°C，燒結(jié)時間為4. 5小時。
[0018] 實施例3 一種銅基陶瓷缸套，由以下原料按重量份數(shù)配比制成：銅粉31份、納米氧化銅顆粒28 份、石墨烯粉末25份、氧化鈦18份、碳化硅31份、氮化硅15份、二氧化硅22份、分散劑14 份、水36份。
[0019] -種銅基陶瓷缸套的粉末冶金制備方法，包含以下步驟： (1) 將碳化硅、氮化硅和二氧化硅細(xì)粉加入球磨機中，研磨過程中按質(zhì)量比1. 2:1. 5加 入水，充分混合后加入分散劑，繼續(xù)球磨5小時； (2) 將步驟（1)制得的混合物進行干燥，噴霧制粒； (3) 將步驟（2)獲得的粉末混合物、銅粉、納米氧化銅顆粒、石墨烯粉末及氧化鈦細(xì)粉置 于混料裝置內(nèi)，利用壓力為2. I MPa的高壓氣體將上述粉末吹起，14分鐘后停止通入高壓 氣體，各粉末共同沉積并均勻混合； (4) 將步驟（3)獲得的原料混合物等靜壓成型，制成坯體； (5) 高溫?zé)Y(jié)步驟（4)獲得的坯體，燒結(jié)溫度為1580°C，燒結(jié)時間為5. 5小時。
[0020] 對上述實施例1~3制備獲得的銅基陶瓷缸套進行檢測，其中，對比例采用高鉻合 金鑄鐵缸套，銹蝕情況是應(yīng)用于海洋鉆探中500小時后統(tǒng)計，結(jié)果如下：
【主權(quán)項】
1. 一種銅基陶瓷缸套，其特征在于，由以下原料按重量份數(shù)配比制成：銅粉18~31份、 納米氧化銅顆粒13~28份、石墨稀粉末12~25份、氧化鈦9~18份、碳化娃14~31份、氮化娃 9~15份、二氧化硅10~22份、分散劑5~14份、水22~36份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種銅基陶瓷缸套，其特征在于，由以下原料按重量份數(shù)配比 制成：銅粉27份、納米氧化銅顆粒21份、石墨烯粉末19份、氧化鈦13份、碳化硅23份、氮 化硅14份、二氧化硅17份、分散劑11份、水32份。3. 權(quán)利要求1所述的一種銅基陶瓷缸套的粉末冶金制備方法，其特征在于，包含以下 步驟： (1) 將碳化硅、氮化硅和二氧化硅細(xì)粉加入球磨機中，研磨過程中按質(zhì)量比 1~1. 2:1. 1~1. 5加入水，充分混合后加入分散劑，繼續(xù)球磨3~5小時； (2) 將步驟（1)制得的混合物進行干燥，噴霧制粒； (3) 將步驟（2)獲得的粉末混合物、銅粉、納米氧化銅顆粒、石墨烯粉末及氧化鈦細(xì)粉置 于混料裝置內(nèi)，利用壓力為I. 4~2. I MPa的高壓氣體將上述粉末吹起，5~14分鐘后停止通 入高壓氣體，各粉末共同沉積并均勻混合； (4) 將步驟（3)獲得的原料混合物等靜壓成型，制成坯體； (5) 高溫?zé)Y(jié)步驟（4)獲得的坯體，燒結(jié)溫度為1350~1580°C，燒結(jié)時間為3~5. 5小時。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述一種銅基陶瓷缸套的粉末冶金制備方法，其特征在于，步驟（1) 中將碳化硅、氮化硅和二氧化硅細(xì)粉加入球磨機中，研磨過程中按質(zhì)量比1. 2:1. 3加入水， 充分混合后加入分散劑，繼續(xù)球磨4小時。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述一種銅基陶瓷缸套的粉末冶金制備方法，其特征在于，步驟（3) 中將步驟（2)獲得的粉末混合物、銅粉、納米氧化銅顆粒、石墨烯粉末及氧化鈦細(xì)粉置于混 料裝置內(nèi)，利用壓力為I. 8MPa的高壓氣體將上述粉末吹起，12分鐘后停止通入高壓氣體， 各粉末共同沉積并均勻混合。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述一種銅基陶瓷缸套的粉末冶金制備方法，其特征在于，步驟（5) 中高溫?zé)Y(jié)步驟（4)獲得的坯體，燒結(jié)溫度為1490°C，燒結(jié)時間為4. 5小時。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種銅基陶瓷缸套及其粉末冶金制備方法，由以下原料按重量份數(shù)配比制成：銅粉18~31份、納米氧化銅顆粒13~28份、石墨烯粉末12~25份、氧化鈦9~18份、碳化硅14~31份、氮化硅9~15份、二氧化硅10~22份、分散劑5~14份、水22~36份。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：（1）本發(fā)明所述的銅基陶瓷缸套通過粉末冶金方法將金屬粉末與陶瓷材料混合均勻，并通過等靜壓方式制作坯體，因而可以保證制備獲得的缸套材質(zhì)均勻、不易產(chǎn)生裂紋；（2）本發(fā)明所述的銅基陶瓷缸套耐磨性、韌性、強度、耐熱性和耐腐蝕性較現(xiàn)有技術(shù)中的缸套都有了很大提高，且具有較長的使用壽命。（3）本發(fā)明所述銅基陶瓷缸套的制備方法工藝簡單、耗能少、不會對環(huán)境造成污染。
【IPC分類】B22F3/16, B22F1/00
【公開號】CN105149566
【申請?zhí)枴緾N201510533896
【發(fā)明人】劉莉, 王爽, 邱晶, 劉曉東, 黃明明
【申請人】蘇州萊特復(fù)合材料有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月27日