氧化物陶瓷铁基耐磨复合材料生产工艺研究

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摘 要 述氧化物陶瓷/铁基耐磨复合材料的发展现状，对目前国内外氧化物陶瓷/铁基耐磨复合材料的制备方法进行分析，氧化物陶瓷/铁基耐磨复合材料的研究方向应集中在界面问题、陶瓷与金属内部的复合结构形式、制备工艺综述氧化物陶瓷铁基耐磨复合材料的发展现状，对目前国内氧化物陶瓷铁基耐磨复合材料的制备方法进行描述及改进制备工艺进行研究。

关键词 氧化物；陶瓷；铁基；复合材料；润湿性

中图分类号TF12 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）123-0135-02

0引言

氧化物陶瓷/铁基耐磨复合材料，氧化物陶瓷的特性有机械强度高、耐磨性能好、耐腐蚀性好、热稳定性好，缺点是易碎裂、不易加工、骤冷骤热性能不良。金属合金材料加工性能好、韧性好，但耐磨性能不良。如何把陶瓷的优良特性与金属合金材料优良特性结合起来，扬长避短，国内外都做了大量的研究与实践。因此，具有陶瓷的优良特性及耐磨性能，又具有金属材料的优良特性的耐磨复合材料被广泛应用于各种耐磨领域。这就需要把陶瓷与金属复合到一起，但现有的生产制作工艺复杂，对工艺装备要求高，生产成本居高不下，很难被多数生产企业采用，因此，我们要研究一种生产工艺来降低生产成本，能让多数普通企业能用上高硬度、高强度、高耐磨性、高韧性的复合材料。

1背景

磨损是零部件失效的一种基本类型，普遍存在于冶金、矿山、电力、机械、国防、军工、航空航天等许多工业部门，这造成了材料的极大浪费和能源的巨大消耗。据不完全统计，目前国内每年消耗金属耐磨材料高达600万吨以上。以上数据可知，提高机械设备及零部件的耐磨损性能，可以大大减少能源消耗，提高生产效率。众所周知，陶瓷具有很高的耐磨损性能，而金属具有良好的韧性。这些性能很难在同一材料中协调一致，为了解决这一矛盾，使用氧化物陶瓷铁基耐磨复合材料是较好的选择。

2现行生产工艺

现行生产工艺有几大类：1）将制备好的氧化物陶瓷颗粒与自熔性金属合金粉末混合后（按一定比例）用油压机或等静压压制成工艺所需的形状，用高于自熔性金属合金熔点的温度下，进行烧结；2）将制备好的氧化物陶瓷颗粒与自熔性金属合金粉末混合烧结，是利用自熔性金属合金与氧元素结合能力的差异，将金属从其氧化物中置换出来，形成氧化物陶瓷/铁基耐磨复合材料；3）将自熔性金属合金熔液熔渗到陶瓷预制体多孔之中。上述方法只能生产小型复合材料块，无法将复合材料复合到需要耐磨的部位，运用到矿山机械、粉碎设备上难度很大。此工艺经济性稍差。

3研究方向

氧化物陶瓷铁合金复合材料性能优良，但与大型结构件复合复合困难，制备过程比较复杂。虽然，现有工艺解决了一些问题，在制作单个氧化物陶瓷铁合金复合材料上等研究取得了一定的进展，在实际应用领域但仍未开发出适合实际的产品。因此，需要研究开发出适合的新型制备工艺。我们主要研究方向是如何将复合材料复合到需要耐磨的部位，运用到矿山机械、粉碎设备上，重点在能降低成本、实现大规模生产进行研究探讨。

4实施方法

1）合金耐磨预制件制成工艺：将氧化物陶瓷颗粒与自熔性合金粉末按比例用机械进行充分混合，依据用户产品结构不同设计不同的模具，在油压机下将合金耐磨预制件压制制成特定形状，如柱状、条状、块状、蜂窝状等；2）冶金工艺：将耐磨预制件置于用泡沫、塑料等高分子有机材料制作的实体模具内用真空冶金铸造工艺进行复合铸造。利用金属母液的温度将合金耐磨预制件烧制成型并与合金耐磨预制件形成冶金结合面。该工艺设备投资小、工艺简单、金属母体与耐磨预制件冶金结合面良好。

5工艺过程

1）将粒径为8目的氧化物陶瓷颗粒10%、粒径为30目的氧化物陶瓷颗粒39%、粒径为60目的氧化锆陶瓷颗粒48%与自熔性铁基合金粉末7%，使用水溶性树脂4%机械混合均匀得混合物，放入油压机中用模具压制成型然后放入80°C的烘箱中烘干得到耐磨预制件；

2）将耐磨预制件在800℃的箱式炉中进行排胶；

3）将排胶后的耐磨预制件涂抹硬钎剂；

4）将涂抹硬钎剂的耐磨预制件置于用泡沫、塑料等高分子有机材料制作成为与要生产铸造的零件结构、尺寸完全一样的实体模具内；

5）实体模具经过浸涂强化涂料并烘干后，装入真空造型砂箱中排列好做好浇铸口，然后用干石英砂埋好，经三维振动台振动埋实；

6）用中频感应炼钢炉将耐磨基础件金属母体常用耐磨件的高锰钢、合金钢、高碳铬铁熔化成金属液，用浇包将合金钢水浇铸到真空造型砂箱上的浇铸口中，真空造型砂箱在0.5Pa的负压状态下浇入熔化的合金金属液，使高分子有机材料实体模型受热气化被抽出，被液体合金金属取代冷却凝固后成型，同时利用合金金属母液的温度将耐磨预制件烧制成型并与耐磨预制件形成冶金结合面。

6优点

1）利用合金金属母液的温度将耐磨预制件烧制成型并与耐磨基础件形成冶金结合面。耐磨件基体和氧化物陶瓷不会发生变形；

2）工艺简单、制作材料不需进行热处理就能达到所需

硬度；

3）解决了氧化物金属陶瓷和金属基体结合难的难题，避免了浇注工艺带来的缺陷；

4）耐磨工件表面氧化物陶瓷、金属呈规律分布，既保证了耐磨件的耐磨性，又保证了其抗冲击性能；

5）冶金面结合良好能大幅度降低生产成本，实现大规模生产。

参考文献

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