CN111088444A

CN111088444A - 耐磨复合材料的制备方法和耐磨复合材料铸件的制备方法

Info

Publication number: CN111088444A
Application number: CN201911390198.8A
Authority: CN
Inventors: 贾继欣; 付超; 孔凡磊; 任志恒; 万伟; 刘肖; 林育君; 战斗
Original assignee: Songshan Lake Materials Laboratory
Current assignee: Songshan Lake Materials Laboratory
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2020-05-01
Anticipated expiration: 2039-12-27
Also published as: CN111088444B

Abstract

本申请涉及一种耐磨复合材料的制备方法和耐磨复合材料铸件的制备方法，属于新材料制备技术领域。一种耐磨复合材料铸件的制备方法，包括：在压强为10MPa‑200Mpa的条件下，将金属熔体和经过预热处理的多孔状陶瓷预制体在金属模具中高压复合成型。采用高压复合成型工艺，对陶瓷多孔预制体和金属熔体进行压制，细化金属基体组织，同时提高陶瓷与金属界面结合强度，使得金属基体紧密包裹陶瓷颗粒，大幅提高复合材料的耐磨性能。

Description

耐磨复合材料的制备方法和耐磨复合材料铸件的制备方法

技术领域

本申请涉及新材料制备技术领域，且特别涉及一种耐磨复合材料的制备方法和耐磨复合材料铸件的制备方法。

背景技术

随着现代工业的不断发展，耐磨材料的消耗量与日俱增，传统钢铁材料已难以满足材料对耐磨性的需求。陶瓷颗粒增强金属基耐磨复合材料兼具陶瓷的高硬度、高耐磨性和金属良好的韧性，解决了传统钢铁材料中高硬度与强韧性矛盾的问题。

目前，国内外对陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备主要有以下几种方法。第一种方法采用铸渗工艺。该方法能够实现陶瓷和金属的复合，耐磨性较好，但是由于陶瓷与金属的天然不润湿性，界面结合强度不足，陶瓷颗粒容易脱落。随后通过陶瓷颗粒表面改性，改善陶瓷的润湿性，提高复合强度，但是制备成本高，而且复合界面强度依然不稳定，导致复合材料耐磨性能提升有限。第二种方法采用粉末冶金工艺，实现陶瓷颗粒和金属粉末烧结成型。该方法优点是金属基体强度高和韧性好，但陶瓷与金属界面容易出现孔洞和裂纹等缺陷，在破碎煤矸石过程中陶瓷颗粒也容易出现脱落。第三种是镶嵌式复合磨辊，该产品制作工艺简单，成本低，但在磨损后期，高铬铸铁基体优先产生磨损，镶嵌的陶瓷棒凸出在磨辊表面，在遇到煤矸石时，容易断裂、脱落，磨损寿命提高有限。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请实施例的目的包括提供一种耐磨复合材料的制备方法和耐磨复合材料铸件的制备方法，以改善陶瓷颗粒和金属基体复合界面结合强度低的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种耐磨复合材料的制备方法，包括：在压强为10MPa-200Mpa的条件下，将金属熔体和经过预热处理的多孔状陶瓷预制体在金属模具中高压复合成型。

本申请采用高压复合成型工艺，对陶瓷多孔预制体和金属熔体进行压制，细化金属基体组织，同时提高陶瓷与金属界面结合强度，增加陶瓷复合层的厚度，大幅提高复合材料的耐磨性能。多孔状陶瓷预制体金属网架内经过低温段100-350℃热处理定型固化，提高多孔状陶瓷预制体强度，高压复合成型时多孔状陶瓷预制体经过高温段400-800℃预热处理，提高多孔状陶瓷预制体的温度，使其与金属熔体温度差减小，提高两者的结合能力，使其在高压复合过程中结构更加稳固，提高耐磨复合材料的力学性能。

在本申请的部分实施例中，高压复合成型的压强为100MPa-150Mpa。该压强能够提高预制体和金属熔体复合程度，细化金属基体组织，增加陶瓷复合层的厚度，降低金属熔体爆裂的概率。

在本申请的部分实施例中，多孔状陶瓷预制体的制备步骤包括：按重量份数计，将900-1100份陶瓷颗粒、15-55份纳米氧化铝粉、0.1-1份纳米氧化铈、0.1-1份纳米氧化钇、0.1-1份二氧化钛、0.5-5份高岭土、2.5-10份二氧化硅充分混合；再加入30-90份液态无机胶搅拌混合，将混合物和金属框架放入模具中制成所述多孔状陶瓷预制体。

通过上述方法制得的多孔状陶瓷预制体具有较好的粘接强度，使得预制体在高压复合成型的过程中具有较好的稳固性，降低高压复合成型过程中预制体被压散的概率。

在本申请的部分实施例中，热处理的步骤包括：将多孔状陶瓷预制体在100-350℃的条件下焙烧定型固化0.5-4h。该热处理条件使得多孔状陶瓷预制体结构更加稳固，高压复合成型时多孔状陶瓷预制体经过高温段400-800℃预热处理，多孔状陶瓷预制体与金属熔体的复合更好，形成的复合层更厚，复合层厚度10mm-100mm。

在本申请的部分实施例中，耐磨复合材料中陶瓷颗粒的质量百分含量为10.0％-70.0％。该成分配比的耐磨复合材料具有较好的耐磨性。

在本申请的部分实施例中，陶瓷颗粒粒度为5目-46目。该粒度的陶瓷颗粒能够保证耐磨性能，同时降低对复合界面结合强度的影响。

在本申请的部分实施例中，陶瓷颗粒包括ZTA、Al₂O₃、ZrO₂、B4C、SiC、Si₃N₄以及TiB₂中的至少一种，金属包括高铬铸铁、球墨铸铁、高锰钢和低合金耐磨钢中的至少一种。

第二方面，本申请实施例提供了一种耐磨复合材料铸件的制备方法，包括：由上述耐磨复合材料的制备方法得到单个耐磨件。将多个耐磨件按预定位置固定后，浇注金属熔体，将得到的铸坯进行热处理。

该制备方法在得到耐磨性能较好的单个耐磨件后，通过二次浇注，利用钢液的铸渗固化，根据需求得到铸件，实现盘体制备以及耐磨件连接的一体化成型。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的耐磨复合材料结构示意图；

图2为本申请实施例提供的耐磨复合材料铸件的工艺流程图；

图3为本申请试验例1提供的三组耐磨复合材料的宏观组织形貌图；

图4为本申请试验例2提供的耐磨复合材料高铬铸铁中M₇C₃碳化物组织形貌图；

图5为本申请试验例3提供的耐磨复合材料的微观组织图；

图6为本申请试验例4提供的经过冲击测试的耐磨复合材料微观组织图；

图7为本申请试验例5提供的磨损实验结果图；

图8为本申请对比例1提供的样件的磨损形貌图；

图9为本申请对比例2提供的样件的磨损形貌图；

图10为本申请对比例3提供的样件的磨损形貌图；

图11为本申请实施例2提供的样件的磨损形貌图；

图12为本申请实施例4提供的耐磨复合材料的微观结构图；

图13为本申请实施例5提供的耐磨复合材料的微观结构图；

图14为本申请实施例6提供的单个耐磨件外观形貌图；

图15为本申请实施例6提供的整个复合材料铸件铸造毛坯外观形貌图；

图16为本申请实施例7提供的耐磨复合材料的微观检测图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本申请实施例的一种耐磨复合材料的制备方法和耐磨复合材料铸件的制备方法进行具体说明。

本申请实施例提供了一种耐磨复合材料的制备方法，包括：在压强为10MPa-200Mpa的条件下，将金属熔体和经过预热处理的多孔状陶瓷预制体在金属模具中高压复合成型。

在本申请的部分实施例中，多孔状陶瓷预制体的制备步骤包括：按重量份数计，将900-1100份陶瓷颗粒、15-55份纳米氧化铝粉、0.1-1份纳米氧化铈、0.1-1份纳米氧化钇、0.1-1份二氧化钛、0.5-5份高岭土以及2.5-10份二氧化硅充分混合；再加入30-90份液态无机胶搅拌混合，将混合物和金属框架放入模具中制成所述多孔状陶瓷预制体。

通过上述方法制得的多孔状陶瓷预制体具有较好的粘接强度，使得预制体在高压复合成型的过程中具有较好的稳固性，降低高压复合成型过程中预制体被压散的概率。可选地，陶瓷颗粒可以为900份、1000份或1100份，纳米氧化铝粉可以为15份、20份、30份、40份、50份或55份，纳米氧化铈可以为0.1份、0.5份或1份，纳米氧化钇可以为0.1份、0.5份或1份，二氧化钛可以为0.1份、0.5份或1份，高岭土可以为0.5份、1份、2份、3份、4份或5份，二氧化硅可以为2.5份、5份、7份或10份，液态无机胶可以为30份、40份、50份、60份、70份、80份或90份。

在实际制备过程中，可以先将金属框架放入模具中，再将含有陶瓷颗粒的混合物放入模具中使其与金属框架制成多孔状预制体。本申请中的金属丝网的材质可以为不锈钢板或碳钢板。

本申请的目的在于提高陶瓷颗粒和高铬铸铁复合界面结合强度，因此陶瓷颗粒的性质对于复合界面的结合具有较大的影响。本申请中的陶瓷颗粒包括ZTA、Al₂O₃、ZrO₂、B₄C、SiC、TiC、WC、Si₃N₄以及TiB₂中的至少一种。上述陶瓷颗粒能够与高铬铸铁在高压条件下充分复合，得到较厚的复合层。

现有技术普遍认为陶瓷颗粒粒径越小越有助于提高复合材料的力学性能，但陶瓷颗粒太小会降低耐磨复合材料的耐磨性能，而太大会影响与铸铁的复合界面结合强度。经过本申请发明人的实验研究得出的粒度为5目-46目。可选地，陶瓷颗粒的粒度为12目-30目，陶瓷颗粒的粒度可以为5目、10目、20目、30目或40目。

由于预制体与金属熔体在高压下复合成型，预制体受到较大的作用力，将多孔状陶瓷预制体在100-350℃的条件下焙烧定型固化0.5-4h，以提高预制体的稳固性，降低高压复合成型过程中预制体被压散的概率；在本申请的部分实施例中，多孔状陶瓷预制体的焙烧温度为100℃、200℃、300℃或350℃，焙烧时间为0.5h、1h、2h、3h或4h。

多孔状陶瓷预制体经过预热处理，提高多孔状陶瓷预制体的温度，使其与金属熔体温度差减小，提高两者的复合能力，使其在高压复合过程中结构更加稳固，使得金属基体能够紧密包裹陶瓷颗粒，不易分离。多孔状陶瓷预制体的预温度为400℃、500℃、600℃、700℃或800℃。

目前的耐磨复合材料制备工艺很少进行高压处理，因为在加压过程中，容易导致金属熔体发生爆裂的现象，本申请的高压复合成型工艺中压强为10MPa-200Mpa。该压强能够提高预制体和金属熔体复合程度，细化金属基体组织，提高陶瓷与金属界面结合强度，降低金属熔体爆裂的概率，大幅提高复合材料的耐磨性能。可选地，压强为100MPa-150Mpa，压强可以为10MPa、50MPa、60MPa、80MPa、90MPa、100MPa、120MPa、150MPa、或200MPa。需要说明的是，由于高压复合成型工艺会出现模具与多孔陶瓷预制体、金属较难完整分离的情况，因此本申请在多孔状陶瓷预制体放置模具中之前，在模具的表面涂覆有脱模剂。在本申请的部分实施例中，该脱模剂为主要成分氧化锆或铬铁矿粉30％、硅酸镁铝6％、CMC0.5％、六偏磷酸钠1.5％、硅酸钠溶液62％。

在本申请的部分实施例中，浇注金属熔体时，控制金属熔体与陶瓷颗粒的比例，使得耐磨复合材料中陶瓷颗粒的质量百分含量为10.0％-70.0％，该成分配比的耐磨复合材料具有较好的耐磨性。可选地，耐磨复合材料中陶瓷颗粒的质量百分含量为10.0％、20％、30％、40％、50％、60％或70％。金属包括高铬铸铁、球墨铸铁、高锰钢和低合金耐磨钢中的至少一种，优选地，浇注多孔预制体的金属为高铬铸铁。

该制备方法通过对多孔陶瓷预制体的成分、配比进行调控，得到粘接强度较好的预制体；多孔状陶瓷预制体经过预热处理，使其与金属熔体温度差减小，提高两者的复合效果，使其在高压复合过程中结构更加稳固，使得金属基体紧密包裹陶瓷颗粒，陶瓷颗粒不易脱落，提高耐磨复合材料的耐磨性能。采用高压复合成型工艺，对陶瓷多孔预制体和金属熔体进行压制，细化金属基体组织，同时提高陶瓷与金属界面结合强度，增加陶瓷复合层的厚度，复合层厚度10mm-100mm，大幅提高耐磨复合材料的磨损性能。

实际加工中，高压复合定型得到耐磨件后，再进行热处理和机加工得到耐磨件成品。本申请提供的耐磨复合材料适于制作磨煤机磨辊、衬板、制砂机衬板、叶轮、破碎设备的轧臼壁、板锤、锤头等，可在冲击、磨损和腐蚀等复杂环境下长期使用。请参照图1，图1为申请实施例提供的耐磨复合材料结构示意图，通过该制备方法使得的耐磨复合材料具有密实的组织结构，耐磨性能较好。

第二方面，本申请实施例提供了一种耐磨复合材料铸件的制备方法，工艺流程图如图2，包括：通过上述耐磨复合材料的制备方法制得单个耐磨件，根据需要将多个耐磨件按预定位置固定后，浇注金属熔体。该制备方法在得到耐磨性能较好的单个耐磨件后，通过二次浇注，利用钢液的铸渗固化，根据需求得到铸件，实现盘体制备以及耐磨件连接的一体化成型。

进一步的，通过对铸坯进行淬火和回火热处理，能够提高耐磨复合材料铸件的硬度和耐磨性。热处理后可以再进行机加工得到成品。

以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种耐磨复合材料的制备方法，包括：

步骤1：陶瓷粉体为ZTA颗粒，颗粒尺寸为10目，按质量份数将ZTA陶瓷颗粒1000份、纳米氧化铝粉25份、纳米氧化铈1份、纳米氧化钇0.1-1份、二氧化钛1份、高岭土5份、二氧化硅5份均匀混合，加入液态无机胶50份充分搅拌，放入韧性金属框架后，在专用模具中，制成多孔状预制体；

步骤2：将多孔状预制体经80℃、150℃分别高温焙烧2h；

步骤3：将经定型预热后的多孔状预制体放置于型腔设定位置固定，浇注适量金属熔体，采用高压复合成型的工艺，将ZTA陶瓷预制体与高铬铸铁在120MPa的压力下进行高压复合成型，制备出耐磨复合材料。高铬铸铁成分如表1所示。

表1高铬铸铁合金化学成分(wt％)

	C	Cr	Mo	Si	Mn	Ni	Fe
								含量	3.02	25.9	1.04	0.8	0.65	0.53	Bal.

实施例2

本实施例提供一种耐磨复合材料的制备方法，包括：

步骤1：陶瓷粉体为ZTA颗粒，颗粒尺寸为20目，按质量份数将ZTA陶瓷颗粒1000份、纳米氧化铝粉25份、纳米氧化铈1份、纳米氧化钇0.1-1份、二氧化钛1份、高岭土3份、二氧化硅10份均匀混合，加入液态无机胶40份充分搅拌，放入韧性金属框架后，在专用模具中，制成多孔状预制体；

步骤2：将多孔状预制体经150℃高温焙烧2h；

步骤3：将经定型预热后的多孔状预制体放置于型腔设定位置固定，浇注适量金属熔体，采用高压复合成型的工艺，将ZTA陶瓷预制体与高铬铸铁在100MPa的压力下进行高压复合成型，制备出耐磨复合材料。高铬铸铁成分如表2所示。

表2高铬铸铁合金化学成分(wt％)

	C	Cr	Mo	Si	Mn	Ni	Fe
								含量	2.52	24.05	1.06	1.05	0.83	0.69	Bal.

实施例3

本实施例提供一种耐磨复合材料的制备方法，包括：

步骤1：陶瓷粉体为ZTA颗粒，颗粒尺寸为30目，按质量份数将ZTA陶瓷颗粒1000份、纳米氧化铝粉55份、纳米氧化铈1份、纳米氧化钇0.1-1份、二氧化钛1份、高岭土5份、二氧化硅5份均匀混合，加入液态无机胶70份充分搅拌，放入韧性金属框架后，在专用模具中，制成多孔状预制体；

步骤2：将多孔状预制体经200℃高温焙烧2h；

步骤3：将经定型预热后的多孔状预制体放置于型腔设定位置固定，浇注适量金属熔体，采用高压复合成型的工艺，将ZTA陶瓷预制体与高铬铸铁在120MPa的压力下进行高压复合成型，制备出耐磨复合材料。高铬铸铁成分如表3所示。

表3高铬铸铁合金化学成分(wt％)

	C	Cr	Mo	Si	Mn	Ni	Fe
								含量	3.6	25.9	0.84	1.1	0.55	0.43	Bal.

实施例4

本实施例提供一种耐磨复合材料的制备方法，包括：

步骤1：陶瓷粉体为SiC颗粒，颗粒尺寸为10目，按质量份数将SiC陶瓷颗粒1000份、纳米氧化铝粉35份、纳米氧化铈1份、纳米氧化钇0.1-1份、二氧化钛1份、高岭土3份、二氧化硅7份均匀混合，加入液态无机胶60份充分搅拌，放入韧性金属框架后，在专用模具中，制成多孔状预制体；

步骤2：将多孔状预制体经180℃高温焙烧2h；

步骤3：将经定型预热后的多孔状预制体放置于型腔设定位置固定，浇注适量金属熔体，采用高压复合成型的工艺，将陶瓷预制体与球磨铸铁在60MPa的压力下进行高压复合成型，制备出耐磨复合材料。球磨铸铁成分如表4所示。

表4球磨铸铁合金化学成分(wt％)

	C	Si	Mn	Cr	Cu	Mo	Nb	Fe
									含量	3.13	2.07	0.64	0.54	0.53	0.28	0.36	Bal.

实施例5

本实施例提供一种耐磨复合材料的制备方法，包括：

步骤1：陶瓷粉体为ZrO₂颗粒，颗粒尺寸为10目，按质量份数将ZrO₂陶瓷颗粒1000份、纳米氧化铝粉55份、纳米氧化铈1份、纳米氧化钇0.1-1份、二氧化钛1份、高岭土5份、二氧化硅10份均匀混合，加入液态无机胶80份充分搅拌，放入韧性金属框架后，在专用模具中，制成多孔状预制体；

步骤2：将多孔状预制体经300℃高温焙烧2h；

步骤3：将经定型预热后的多孔状预制体放置于型腔设定位置固定，浇注适量金属熔体，采用高压复合成型的工艺，将陶瓷预制体与低合金钢在150MPa的压力下进行高压复合成型，制备出耐磨复合材料。低合金钢成分如表5所示。

表5低合金钢化学成分(wt％)

	C	Cr	Mo	Si	Mn	Ni	Fe
								含量	0.41	5.21	1.04	0.6	0.65	0.53	Bal.

实施例6

本实施例提供一种耐磨复合材料铸件的制备方法，包括：

步骤1：陶瓷粉体为ZTA颗粒，颗粒尺寸为14目，按质量份数将ZTA陶瓷颗粒1000份、纳米氧化铝粉35份、纳米氧化铈1份、纳米氧化钇0.1-1份、二氧化钛1份、高岭土3份、二氧化硅7份均匀混合，加入液态无机胶60份充分搅拌，放入韧性金属框架后，在专用模具中，制成多孔状预制体；

步骤2：将多孔状预制体经80℃、150℃分别高温焙烧2h；

步骤3：将经定型预热后的多孔状预制体放置于型腔设定位置固定，浇注适量金属熔体，采用高压复合成型的工艺，将ZTA陶瓷预制体与高铬铸铁在150MPa的高压复合成型压力下进行复合，形成单个耐磨件。高铬铸铁成分与实施例1的相同。

步骤4：将多个耐磨件通过砂模按设计位置固定，放于型腔设定位置，通过铸铁溶体二次浇注，形成整个复合材料铸件。

步骤5：将得到的铸坯在860℃的条件下热处理3h，再以30℃/h速度降温退火处理。

实施例7

本实施例提供一种耐磨复合材料的制备方法，包括：

步骤2：将多孔状预制体经150℃高温焙烧2h；

步骤3：将经定型预热后的多孔状预制体放置于型腔设定位置固定，浇注适量金属熔体，采用高压复合成型的工艺，将ZTA陶瓷预制体与高锰钢在80MPa的压力下进行高压复合成型，制备出耐磨复合材料。高锰钢成分如表6所示。

表6高锰钢化学成分(wt％)

	C	Cr	Si	Mn	Fe
						含量	1.20	2.0	0.6	13	Bal.

对比例1

本对比例提供一种传统样件，铸造高铬铸铁样件。

对比例2

本对比例提供一种复合材料基体高铬铸铁样件，

对比例3

本对比例提供德国法奥迪VAUITD-143堆焊表层样件。

试验例1

对实施例1-3制得的耐磨复合材料进行宏观组织形貌分析，结果如图3。图3(a)为实施例1采用10目的ZTA陶瓷颗粒制得的耐磨复合材料的宏观组织形貌，图3(b)为实施例1采用20目的ZTA陶瓷颗粒制得的耐磨复合材料的宏观组织形貌，图3(c)为实施例1采用30目的ZTA陶瓷颗粒制得的耐磨复合材料的宏观组织形貌。由图3可知，采用的ZTA陶瓷颗粒目数越大，粒径越小，形成的耐磨复合材料的密度更大，有助于提高耐磨性能。

试验例2

对实施例1和对比例1提供的耐磨复合材料高铬铸铁中M₇C₃碳化物组织形貌进行分析，图4(a)为实施例1经过高压复合成型工艺的高铬铸铁的组织形貌，图4(b)为对比例1经过传统铸造工艺的高铬铸铁的组织形貌。由图4可知，经过高压复合成型工艺加工的高铬铸铁组织更加紧密，具有更好的强度和耐磨性能。

试验例3

对实施例2制得的耐磨复合材料进行微观结构分析，结果如图5。图5(a)为耐磨复合材料中陶瓷颗粒ZTA的形貌，图5(b)为耐磨复合材料中陶瓷颗粒与金属界面组织的形貌。由图5可知，陶瓷颗粒与金属界面的复合层的厚度为10mm-100mm，说明通过高压复合成型工艺使得陶瓷与金属界面结合强度高，能够提高复合材料的磨损性能。

试验例4

采用GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》:实施例1和实施例3的耐磨复合材料进行冲击测试，对测试后的耐磨复合材料进行微观组织分析，结果如图6。图6(a)为实施例1的耐磨复合材料的冲击断口形貌，图6(b)为实施例3的耐磨复合材料的冲击断口形貌。由图可知，图上没有陶瓷颗粒脱落的现象，耐磨性取决于金属基体对陶瓷颗粒的包裹性能，能够紧密的包裹陶瓷颗粒，陶瓷颗粒不脱落。

试验例5

选择实施例3提供的耐磨复合材料，与高铬铸铁、堆焊材料进行磨损性能测试，采用G65、JBT_7705-1995(松散磨粒磨料磨损试验方法.橡胶轮法)方法进行橡胶轮摩擦磨损实验，测试方法：负载70牛顿，磨粒为60目石英砂，测试时间20分钟/次；采用自制装置：磨粒为60目石英砂，起始质量125(ml/g)、速度100(m/s)、角度45°方法进行气固两相冲蚀磨损实验。

结果如图7。图7(a)(c)为橡胶轮摩擦磨损实验结果图，图7(b)为气固两相冲蚀磨损实验。由图可知，相比堆焊材料和高铬铸铁，复合材料的橡胶轮摩擦磨损较低，气固两相冲蚀磨损较低，说明实施例3提供的耐磨复合材料耐磨性能提高。

试验例6

对实施例2、对比例1-3提供的样件进行磨损性能测试，检测结果如表7，对磨损后的样件进行形貌分析，形貌图如图8、图9、图10及图11。

表7磨损性能检测结果

由图8、图9、图10及图11分别为对比例1-3、实施例2磨损后的样件的形貌图，结合表7可知，对比例1-3的样件在磨损后，凹陷严重，每一次磨损的金属质量均较多。而实施例2的样件在经过第一次磨损后，第二次、第三次和第四次的磨损量逐渐降低，图11中的样件在磨损掉表面的金属后，露出陶瓷颗粒，陶瓷颗粒起到支撑作用，阻止内部金属的磨损，并且陶瓷颗粒与金属基体连接紧密，没有显现出脱落的迹象。说明实施例2提供的样件耐磨性能较高。

试验例7

对实施例4提供的耐磨复合材料进行微观检测，结果如图12。图12为实施例4提供的耐磨复合材料中碳化硅和球墨铸铁复合材料组织形貌，由图可知，耐磨复合材料中碳化硅和球墨铸铁复合程度较好。说明高压复合成型工艺对碳化硅和球墨铸铁具有较好的作用。

试验例8

对实施例5提供的耐磨复合材料进行微观检测，结果如图13。图13为实施例5提供的耐磨复合材料中ZrO₂颗粒和低合金钢复合材料组织形貌，由图可知，耐磨复合材料中ZrO₂颗粒和低合金钢复合程度较好。说明高压复合成型工艺对ZrO₂颗粒和低合金钢具有较好的作用。

试验例9

对实施例6步骤3制得的单个耐磨件进行外观形貌分析，结果如图14。将多个耐磨件通过砂模按设计位置固定，放于型腔设定位置，通过铸铁溶体二次浇注，形成整个复合材料铸件，外观形貌如图15。

试验例10

对实施例7提供的耐磨复合材料进行微观检测，结果如图16。图16为实施例7提供的耐磨复合材料中ZTA陶瓷颗粒和高锰钢复合材料组织形貌，由图可知，耐磨复合材料中ZTA陶瓷颗粒和高锰钢复合程度较好。说明高压复合成型工艺对ZTA陶瓷颗粒和高锰钢具有较好的作用。

以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims

1.一种耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

在压强为10MPa-200Mpa的条件下，将金属熔体和经过预热处理的多孔状陶瓷预制体在金属模具中高压复合成型。

2.根据权利要求1所述的耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述高压复合成型的压强为100MPa-150Mpa。

3.根据权利要求1或2所述的耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述多孔状陶瓷预制体的制备步骤包括：按重量份数计，将900-1100份陶瓷颗粒、15-55份纳米氧化铝粉、0.1-1份纳米氧化铈、0.1-1份纳米氧化钇、0.1-1份二氧化钛、0.5-5份高岭土以及2.5-10份二氧化硅充分混合，再加入30-90份液态无机胶搅拌混合，将混合物和金属框架放入模具中制成所述多孔状陶瓷预制体。

4.根据权利要求1所述的耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述热处理的步骤包括：将所述多孔状陶瓷预制体在100-350℃的条件下焙烧定型固化0.5-4h。

5.根据权利要求3所述的耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述耐磨复合材料中所述陶瓷颗粒的质量百分含量为10.0％-70.0％。

6.根据权利要求3所述的耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述陶瓷颗粒的粒度为5目-46目。

7.根据权利要求3所述的耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述陶瓷颗粒包括ZTA、Al₂O₃、ZrO₂、B₄C、TiC、WC、SiC、Si₃N₄以及TiB₂中的至少一种。

8.根据权利要求1至6任一项所述的耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属包括高铬铸铁、球墨铸铁、高锰钢和低合金耐磨钢中的至少一种。

9.一种耐磨复合材料铸件的制备方法，其特征在于，包括：

由权利要求1-8任一项所述的耐磨复合材料的制备方法得到单个耐磨件，将多个所述耐磨件按预定位置固定后，浇注金属熔体，将得到的铸坯进行热处理。