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代工業生產中， 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的腐蝕作用及高溫的作用，工作環境極其惡劣，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量的加大，以及渣漿泵向大型化的發展，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。為了發揮金屬和陶瓷的各自優點，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展方向。現有技術中有采用自蔓延技術在鋼管內表面形成Al2O3陶瓷的方法，然而，在非回轉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。

發明內容
針對現有技術的不足，本發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。為實現上述目的，本發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顆粒的質量比為 0.3% -0.8%,氟化鈉占Al2O3顆粒的質量比為5% -8%，PVC粒子占Al2O3顆粒的質量比為 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，抽真空，真空度為0. 02-0. 03MPa，進行澆注，澆注完畢繼續抽真空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。本發明的有益效果在于1.本發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。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，但無聚團現象，Al2O3顆粒周圍充滿了鋼基體，呈冶金結合狀態。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顆粒的質量比為0.3%，氟化鈉占Al2O3顆粒的質量比為5 %，PVC粒子占Al2O3顆粒的質量比為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，抽真空，真空度為0. 02-0. 03MPa，進行澆注，澆注完畢繼續抽真空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顆粒的質量比為0.5%，氟化鈉占Al2O3顆粒的質量比為6%，PVC粒子占Al2O3顆粒的質量比為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，抽真空，真空度為0. 02-0. 03MPa，進行澆注，澆注完畢繼續抽真空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顆粒的質量比為0.8%，氟化鈉占Al2O3顆粒的質量比為8%，PVC粒子占Al2O3顆粒的質量比為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，抽真空，真空度為0. 02-0. 03MPa，進行澆注，澆注完畢繼續抽真空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在沖蝕角60°，其最好的沖蝕磨損耐磨性出現在沖蝕角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顆粒的質量比為 0.3% -0.8%,氟化鈉占Al2O3顆粒的質量比為5% -8%，PVC粒子占Al2O3顆粒的質量比為 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，抽真空，真空度為0. 02-0. 03MPa，進行澆注，澆注完畢繼續抽真空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，但無聚團現象，Al2O3顆粒周圍充滿了鋼基體，呈冶金結合狀態。本發明發發復合工藝簡單、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。
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 優先權日2011年10月10日
發明者陳偉軍 申請人:陳偉軍