CN1383945A - 颗粒增强复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

颗粒增强复合材料的铸造方法,用于制备耐磨耐热、耐磨耐蚀等复合材料。工作步骤为:1、制备泡沫塑料模,在铸件需要制作复合材料的部位,将模制作成两部分粘结,其中之一制有沟槽;2、将混制好的增强颗粒填满沟槽后,再将模的两部分粘结起来;3、上涂料、烘干、造型;4、抽真空浇注。本发明利用消失模负压铸造工艺特点,可方便地在铸件局部进行复合材料制备。本发明具有以下优点:1、增强颗粒干态使用,无需加粘结剂,因而增强颗粒表面纯洁,复合层质量好,无夹杂、气孔等缺陷;2、复合层厚度可达30mm,也可在任意局部位置进行复合材料制备;3、利用泡沫塑料模在高温分解时对周围铁水的“搅拌”作用,可使增强颗粒分布更为均匀。

Description

颗粒增强复合材料的制备方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，一种采用颗粒增强的工艺制备复合材料的方法，特别适用于制造具有耐磨、耐热、耐蚀等综合性能的复合材料。

背景技术

在工业许多领域存在恶劣的工作环境，要求工作零部件同时具备耐磨耐热或耐磨耐蚀综合性能，因而具有单一性能的材料已不能满足工况的需求。复合材料由于是将两种或以上具有不同特性的材料，通过物理或化学的方法将它们有机结合在一起，发挥各自优势，因而材料具有优异的综合性能。近几年来，对复合材料制备工艺的研究作了大量的工作，开发了多种工艺。这些工艺方法用于制造有色金属复合材料时，由于有色金属大多数熔点低，与很多增强颗粒间浸润性好，因而取得了很好的效果。如SiC增强铝合金复合材料制造活塞，使用寿命大幅度提高。然而对黑色金属而言，由于熔点高，与增强颗粒间浸润性差以及相互间冶金反应复杂，因此如何方便地使增强颗粒加入黑色金属液中，并使其均匀有效地分布，一直是一道难题，这严重影响颗粒增强黑色金属复合材料的产业化进程。多年来，对颗粒增强黑色金属复合材料的工艺研究一直是复合材料研究的重大课题之一，也取得了一些成果。专利(公开号1080221)介绍了一种制备颗粒增强耐磨复合材料的铸造方法，其工艺步骤是：先做好铸型，同时制备尺寸为负偏差的消失模，再将消失模放入铸型，这样在消失模和铸型间就形成空隙。将空隙填满硬质颗粒，合箱抽真空浇注，从而在表层形成含硬质颗粒的耐磨材料。该方法工序复杂，不能很好地将消失模负压铸造工艺的优点利用起来，生产效率低，且复合层厚度和质量难以保证。还有一种文献大量报道的工艺方法即原位反应法，它是通过特定元素在适当温度条件下的化学反应获得增强颗粒，解决了增强颗粒分布的均匀性及与基体的浸润性问题，但只在试验室获得一些效果，由于存在复杂的工艺控制，到目前为止还不能在实际生产中推广应用。现在实际生产中应用较多的工艺是铸渗法，它是在铸型表面涂刷含硬质颗粒的涂料，浇注铁水后通过扩散、渗透等方式在铸件表面形成复合耐磨层。但该工艺存在铸渗层薄(3mm左右)，表面夹杂物多等问题，还不是成熟技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的复合材料制备工艺，即利用消失模负压铸造工艺特点来生产复合材料的方法。该方法能够用十分简单的工艺，将增强颗粒加入黑色金属液中，并使其均匀有效地分布，制造出理性的复合材料。复合材料的性能由所浇注的母材及增强颗粒的特性共同决定。

本发明的目的通过以下步骤实现：

制备泡沫塑料模，在铸件需要制作复合材料的部位，将泡沫塑料模制作成分体式，其中至少一部分上制有沟槽。例如：将泡沫塑料模分成两部分(外层盖板和本体)粘结，其中本体上制有沟槽；

将混制好的增强颗粒填满沟槽后，再将泡沫塑料模各部分粘结起来；

泡沫塑料模上涂料、烘干、造型；

抽真空浇注。

浇注时泡沫塑料模分解气化，将增强颗粒分布于铁水中，形成复合材料。本发明有以下优化方案：

1、制备泡沫塑料模时，外层盖板厚度控制在6~10mm，例如在8mm左右。太薄外层盖板制作时易变形；太厚增强颗粒在铸件表层分布不均匀；

2、泡沫塑料模本体上沟槽的大小可根据铸件厚薄、复合层特性及浇注温度等确定。一般沟槽内可容纳的增强颗粒重量应为铸件复合层重量的0.8～1.2％，如铸件厚100mm，复合层重量100Kg，则本体上沟槽体积之和为75cm³；如铸件厚40mm，复合层重量100Kg，则本体上沟槽体积之和为50cm³等；

本发明技术不仅可用于耐磨材料颗粒增强，也可用于耐热及耐蚀材料颗粒增强，但增强颗粒与基体材料间需有良好的浸润性、融合性。且本发明技术操作简便，效果显著，有重要的现实意义。本发明具有以下优点：1、增强颗粒干态使用，无需加粘结剂，因而增强颗粒表面纯洁，复合层质量好，无夹杂、气孔等缺陷；2、复合层厚度可达30mm，也可在任意局部位置进行复合材料制备；3、利用泡沫塑料模在高温分解时对周围铁水的“搅拌”作用，可使增强颗粒分布更为均匀。附图3为复合耐磨层金相组织图片，从图中可看出，WC增强颗粒分布均匀，与基体组织融合良好。将颗粒增强复合材料与同成分高铬铸铁进行对比性能测试，结果如下：

1、硬度

2、耐磨性

磨损测试在ML-10型销盘式磨损试验机上进行，载荷1700g。

测试结果表明，WC颗粒增强高铬铸铁复合材料的硬度比同成分高铬铸铁硬度提高3~4HRC，耐磨性提高了一倍，复合层厚度可达30mm，获得满意的效果。

附图说明

图1为产品：板锤结构简图；

图2为图1的左视图；

图3为泡沫塑料模结构示意图；

图4为图3的截面图；

图5为复合耐磨层金相组织图片。

具体实施方式

实施例1，图1、图2为产品板锤的结构简图，A、B两面是使用面，要求具有高的耐磨性，采用WC与高铬铸铁复合耐磨材料制造。WC粒度为50～100目，高铬铸铁牌号为KmTBCr15。本实施例为上述复合耐磨材料制备方法，参照图3、图4：按图3所示制备泡沫塑料模1，本体上的沟槽2将干燥、洁净的WC增强颗粒填入泡沫塑料模的沟槽中；将泡沫塑料模粘结后刷涂料、烘干、造型、抽真空；将成分合格的高铬铸铁铁水浇入铸型中。浇注温度1400℃，冷却后打箱，即获得A、B使用面为WC颗粒增强的复合耐磨材料铸件。图5为复合耐磨层金相组织图片。

Claims (5)

1、一种颗粒增强复合材料的制备方法，工作步骤如下：

制备泡沫塑料模，在铸件需要制作复合材料的部位，将泡沫塑料模制作成分体式，其中至少一部分上制有沟槽

将混制好的增强颗粒填满沟槽后，再将泡沫塑料模各部分粘结起来

泡沫塑料模上涂料、烘干、造型

抽真空浇注。

2、按照权利要求1所述的颗粒增强复合材料的制备方法，其特征是：所说的分体式泡沫塑料模，是指将泡沫塑料模分成两部分：外层盖板和本体，其中本体上制有沟槽。

3、按照权利要求2所述的颗粒增强复合材料的制备方法，其特征是：制备泡沫塑料模时，其中外层盖板的厚度控制在6~10mm。

4、按照权利要求3所述的颗粒增强复合材料的制备方法，其特征是：制备泡沫塑料模时，其中外层盖板的厚度控制在8mm。

5、按照权利要求1或2或3或4所述的颗粒增强复合材料的制备方法，其特征是：沟槽内容纳的增强颗粒重量为铸件复合层重量的0.8～1.2％。

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