本發明涉及一種金屬基復合材料預制體的脫膠工藝，屬于金屬基復合材料領域。

背景技術：

多孔蜂窩陶瓷-金屬復合材料是一種新型的耐磨復合材料，不僅具有金屬基體的高強度、高沖擊韌性等特點，還具有陶瓷顆粒的高硬度、高耐磨性等一系列優點，在現代工業應用中表現出優良的性能，并逐步代替傳統的金屬耐磨材料，適用于冶金、礦山等行業。

目前，陶瓷顆粒增強金屬基耐磨材料的工藝有大體可歸為三類：一是以粉末

冶金、原位復合為代表的固態成型工藝，二是以金屬溶液浸滲法為主的液態工藝，

其中有負壓鑄造、無壓鑄造、離心鑄造等，三是半固態鑄造工藝。其中常用的制

備方法有粉末冶金、原位生成、金屬溶液浸滲等。其中金屬溶液浸滲法(又稱鑄滲法)制備工藝最具應用前景，它是利用高溫金屬液對陶瓷預制體的溶滲實現陶瓷顆粒在金屬基體中的彌散分布。該方法具有工藝設備簡單、生產周期短、成本低等突出優點，能夠根據設備使用要求制定不同的生產工藝，且不受設備大小的限制，且在耐磨設備表面進行局部定位增強，具有較強的可操作性。其預制體是制備復合材料的關鍵。

專利cn102310183公開了一種高耐磨鐵基復合材料及制備方法，其采用大尺寸電熔鋯剛玉作為增強顆粒，顆粒尺寸較大，預制體制作困難，使用過程中顆粒易脫落，很難保證復合材料的性能。專利cn101628330a公開了一種復合蜂窩陶瓷與鋼鐵復合材料及制備方法，其利用對陶瓷表面除油、粗化、活化或者鍍活化金屬來改善金屬液對陶瓷的潤濕性，但是此方法較為復雜，難以工業化推廣。專利cn1128297a、cn101899586a、cn101898239a、cn101899585a公開了幾種復合材料增強體及利用該增強體制備復合材料的方法，預制體制作工藝復雜，工藝條件高，復合材料有的還需要負壓成型，且有些方法加入金屬粉的量不易控制。專利cn102310596a公開了一種陶瓷顆粒局部定位增強耐磨復合材料的制備方法，其利用薄壁的金屬鋼管固定陶瓷顆粒制得預制體，然后放入鑄型澆注，得到耐磨性良好的復合材料，但是該方法制備出的預制體因鋼管的存在會阻礙金屬液浸潤。專利cn102513522a公開了一種陶瓷顆粒增強鋼鐵基復合材料制備方法，通過燒結或者粘結使合金粉末和陶瓷顆粒形成條狀，然后拼接成網狀，最后澆注成型。預制體工藝復雜，且合金粉末在金屬液熔滲過程中吸熱過多，很容易在結合區形成縮孔缺陷，影響復合材料性能。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種金屬基復合材料預制體的脫膠工藝，改善其使用效果。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下。

一種金屬基復合材料預制體的脫膠工藝，包括以下步驟：

a.將陶瓷顆粒與活性微粉按質量比例40-80：60-20均勻混合后，加入水、造孔劑和粘結劑在捏合機中捏合，得到混合均勻的泥料；其中造孔劑含量占混合泥料體積的80％-160％；粘結劑占混合泥料質量分數的5％-15％；

b.將泥料放入擠出機中擠出成型，干燥定型，在脫膠爐中脫膠，其脫膠工藝如下：坯料烘干定型后，放入脫膠爐中：①從室溫以3-5℃/min升到100-120℃，保溫20-40min；②以2℃/min升到300-450℃，保溫30-60min；③以3-5℃/min升溫到600-650℃，保溫30-60min；④以5-6℃/min升溫到900℃，保溫60-120min；最后隨爐冷卻到室溫；脫膠過程中②-③之間通入氮氣；脫膠過程中③-④之間通入干燥空氣；

c.將多孔蜂窩陶瓷預制體放置在型腔中，澆注金屬液得到復合材料。

優選地，陶瓷顆粒粉末的粒度為80-200目，陶瓷的種類為氧化鋯增韌氧化鋁、碳化鎢、碳化硅或碳化鈦。

優選地，活性微粉為碳化鈦、碳化硼、二氧化鈦、碳化硅、鐵粉、鎢粉、鉻粉、碳粉、硅粉中的一種或者多種按任意比例混合；其中微粉的粒度為200-500目。

優選地，所用粘結劑為羥丙基甲基纖維素、水玻璃或聚乙烯醇縮丁醛。

優選地，所用造孔劑為三種不同粒度造孔劑按任意比例混合而成，這三種不同粒度造孔劑的粒度分別為：粗粒度為20-40目、中等粒度為80-120目、細粒度為200-400目。

優選地，預制體厚度為5-50mm，蜂窩孔壁厚為2-12mm，蜂窩孔孔徑5-20mm。

優選地，所采用的脫膠爐包括爐體、控溫裝置、進氣裝置、排氣裝置、坯料架，所述進氣裝置置于爐子底部，為螺型耐熱鋼管，螺型管上均勻分布有直徑為1-2mm的出氣口；所述進氣裝置配有流量控制器；所述排氣裝置位于爐體上部，尾氣排出后可無害化處理；所述控溫裝置能很好的保持爐內溫度均勻。

該發明的有益效果在于：本發明所述方法生產效率高，可批量生產，易于自動化操作，且通過加入不同粒度的造孔劑，得到的多孔陶瓷預制體孔隙率高，且預制體具有良好的強度；本發明所述方法通過添加活性微粉來改變金屬液與陶瓷顆粒的潤濕能力；本發明所述方法中所用的造孔劑能過完全分解，在坯料中殘留少，不會對復合有不良影響；本發明所述方法中所用的脫膠爐操作簡單，設備成本低，脫膠效果好，爐體內溫度均勻保證了脫膠的質量，可更加需要通入不同氣體。脫膠過程中②-③之間通入氮氣，使得坯料中的粘結劑碳化，坯料不易坍塌；③-④之間通入干燥空氣，以保證造孔劑和粘結劑完全分解，并且從坯料中排除，減小坯料中雜質。

附圖說明

圖1是本發明預制體結構示意圖。

圖2是預制體剖面示意圖。

圖3是預制體立體示意圖。

圖4是本發明zta顆粒/高鉻鑄鐵復合材料微觀鑄態組織圖。

圖5是本發明zta顆粒/高錳鋼復合材料示意圖。

圖6是本發明的坯料脫膠工藝。

圖7是本發明的脫膠爐進氣裝置結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明的具體實施方式進行描述，以便更好的理解本發明。圖1是本發明預制體結構示意圖。圖2是預制體剖面示意圖。圖3是預制體立體示意圖。圖4是本發明zta顆粒/高鉻鑄鐵復合材料微觀鑄態組織圖。圖5是本發明zta顆粒/高錳鋼復合材料示意圖。圖6是本發明的坯料脫膠工藝。圖7是本發明的脫膠爐進氣裝置結構示意圖。

實施例1

本實施實例所述預制體的制備方法具體如下：

1.將80目的鋯剛玉陶瓷顆粒與硼化鈦粉末、鎢粉、碳粉按80：2：16:2混合均勻后，加入占質量分數20％的水、占體積分數100％的造孔劑，再加入占質量分數10％的羥丙基甲基纖維素和5％的水玻璃，然后在捏合機中捏合，得到混合均勻的泥料；其中粉末粒度為500目，造孔劑為專用陶瓷成孔劑，粒度為20目，90目，200目，比例為2:3:5；

2.將泥料放入擠出機中擠出成型，微波加熱干燥定性。其中擠出成型的壓力為10mpa，模具為蜂窩狀，蜂窩孔徑為10mm，壁厚為5mm；

3.把坯料放入到脫膠爐中，其脫膠工藝為：從室溫以5℃/min升到120℃，保溫30min，使得坯料干燥，水玻璃固化；以3℃/min升到320℃，保溫50min，此階段通入氮氣，使得坯料中的粘結劑碳化，坯料不易坍塌；以5℃/min升溫到620℃，保溫30-60min；以6℃/min升溫到900℃，保溫60min，此階段通入干燥空氣，以保證造孔劑和粘結劑完全分解，并且從坯料中排除，減小坯料中雜質；最后隨爐冷卻到室溫；

4.把多孔蜂窩陶瓷預制體放置型腔中，澆注高鉻鑄鐵金屬液，得到陶瓷顆粒增強金屬基復合材料。

所制備出的預制體孔隙率高和強度大，用此預制體所制備出的復合材料陶瓷顆粒能均勻分布在基體中具有更好耐磨性和抗沖擊性，鎢粉的加入能夠細化復合區基體組織，進一步提高復合材料耐磨性。

實施例2

本實施實例所述預制體的制備方法具體如下：

1.將80目的鋯剛玉陶瓷顆粒與鈦粉末、鐵粉、碳化硅、碳粉按80：10：6:2:2混合均勻后，加入占質量分數18％的水、占體積分數110％的造孔劑，再加入占質量分數10％的羥丙基甲基纖維素和5％的水玻璃，然后在捏合機中捏合，得到混合均勻的泥料；其中粉末粒度為500目，造孔劑為專用陶瓷成孔劑，粒度為40目，100目，180目，比例為2:4:4；

2.將泥料放入擠出機中擠出成型，微波加熱干燥定性。其中擠出成型的壓力為10mpa，模具為蜂窩狀，蜂窩孔徑為10mm，壁厚為5mm；

3.把坯料放入到脫膠爐中，其脫膠工藝為：從室溫以5℃/min升到100℃，保溫30min，使得坯料干燥，水玻璃固化；以3℃/min升到320℃，保溫50min，此階段通入氮氣，使得坯料中的粘結劑碳化，坯料不易坍塌；以5℃/min升溫到620℃，保溫30-60min；以6℃/min升溫到900℃，保溫60min，此階段通入干燥空氣，以保證造孔劑和粘結劑完全分解，并且從坯料中排除，減小坯料中雜質；最后隨爐冷卻到室溫；

4.把多孔蜂窩陶瓷預制體放置型腔中，澆注高錳鋼金屬液，得到陶瓷顆粒增強金屬基復合材料。

所制備出的預制體孔隙率高和強度大，用此預制體所制備出的復合材料陶瓷顆粒能均勻分布在基體中具有更好耐磨性和抗沖擊性，鈦粉和碳粉的加入能夠在澆注過程中生成碳化鈦，彌散在復合區的基體中，進一步提高復合材料強度和耐磨性。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護范圍。