本發(fā)明涉及一種陶瓷顆粒增強(qiáng)耐磨嵌件及其制作方法，屬于耐磨復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

耐磨材料可有效改善工件的耐磨性能，應(yīng)用廣泛，主要可以分為高錳鋼系、高鉻鑄鐵系、耐磨合金鋼系等，適用于不同的工況條件。由于生產(chǎn)的需要，許多設(shè)備需要在高溫、高壓、高速等惡劣工況條件下長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，因此對(duì)設(shè)備表面強(qiáng)度、耐磨性等提出了更高的要求。然而，傳統(tǒng)單一材質(zhì)的耐磨材料，在經(jīng)過材料成分調(diào)整、熱處理工藝改性、冶金質(zhì)量控制等多種措施處理后，其潛力已經(jīng)充分挖掘出來(lái)，要想進(jìn)一步顯著提升耐磨性能已經(jīng)不大可能。

耐磨復(fù)合材料是耐磨材料發(fā)展的必然趨勢(shì)，其基本原理是：選擇具有合適強(qiáng)韌性的基體，再在基體中設(shè)置高耐磨骨料，最終得到具有優(yōu)異耐磨性和韌性的復(fù)合材料。高硬度陶瓷顆粒是一種理想的高耐磨骨料，具有廣闊的應(yīng)用前景。研究人員對(duì)鑄造碳化鎢、氧化鋁、碳化硅、碳化硼、氮化硼、ZTA等多種陶瓷顆粒進(jìn)行了研究，取得了一定的成果，部分成果已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，但是在技術(shù)成熟度、生產(chǎn)穩(wěn)定性、實(shí)際使用效果、工藝難度、生產(chǎn)成本等方面還存在缺陷，限制了它們?cè)谀湍?fù)合材料領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

公開號(hào)為CN 1236822A的中國(guó)專利公開了一種鐵或鋼基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝方法，該方法將SiC、Al₂O₃、TiB₂等與熔融的鐵合金熔合，制成中間復(fù)合體，再將中間復(fù)合體粉碎，然后采用懸浮鑄造的方法加入到熔融的鐵或鋼基體中，使中間復(fù)合體與基體金屬材料緊密結(jié)合，得到顆粒增強(qiáng)鐵或鋼基復(fù)合材料。該方法制備的復(fù)合材料中的耐磨顆粒在鑄件內(nèi)分布不均勻，易積聚在上表面或阻滯在轉(zhuǎn)角處，與金屬液潤(rùn)濕性差。

公開號(hào)為CN 101112718A的中國(guó)專利公開了一種陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料及其制備方法，該方法通過在砂型表面直接放置WC顆粒來(lái)實(shí)現(xiàn)鑄滲效果，得到陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料。該方法存在鑄滲厚度有限、顆粒易跑位、只能針對(duì)鑄型下表面、復(fù)合材料表面鑄造質(zhì)量差等缺點(diǎn)。

公開號(hào)為CN 102233422A的中國(guó)專利公開了一種復(fù)合材料導(dǎo)衛(wèi)板及其制備工藝，該工藝將粘結(jié)劑、合金粉末和陶瓷顆?；旌?，攪拌均勻后鋪設(shè)到導(dǎo)衛(wèi)板鑄型中，澆鑄基材金屬得到復(fù)合材料導(dǎo)衛(wèi)板。該方法制備的復(fù)合材料易出現(xiàn)氣孔、夾渣等鑄造缺陷，顆粒易跑位。

公開號(hào)為CN 103736559A的中國(guó)專利公開了一種用于立磨機(jī)磨盤的金屬基陶瓷增強(qiáng)體及其制備方法，該方法先將剛玉和鐵粉燒結(jié)成一體的金屬基陶瓷增強(qiáng)體，再將2.5～3.5mm的剛玉顆粒與鐵粉混合均勻后將混合物料送入燒結(jié)窯在一定溫度下進(jìn)行燒制，至鐵粉完全熔化為止，然后將燒好的混合物料置入事先制好的模具中，冷卻后脫模制得預(yù)制體。該方法存在熔化的鐵液對(duì)剛玉的潤(rùn)濕性差、增強(qiáng)體強(qiáng)度低、鑄滲效果差、剛玉韌性差等缺點(diǎn)。

公開號(hào)為CN 101898238A的中國(guó)專利公開了一種陶瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合耐磨件及其制造方法，該方法將陶瓷顆粒與金屬粉混合均勻填充于模具中，將陶瓷顆粒和金屬粉連同模具一起放入真空燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，金屬粉將陶瓷顆粒粘結(jié)在一起形成預(yù)制體。該方法存在占用大量模具、烘干后金屬粉易掉落分層、制備效率低等缺點(diǎn)。

綜上所述，高硬度陶瓷顆粒直接作為骨料用于鑄件時(shí)，往往存在很多問題，最終得到的復(fù)合耐磨件性能不佳。若將高硬度陶瓷顆粒、連接材料、粘結(jié)劑等混合，制作成具有特定形狀、結(jié)構(gòu)和尺寸的耐磨嵌件，鑄造時(shí)預(yù)先將其放置在砂型的相應(yīng)位置，再澆注金屬液將其緊密包裹，即可得到耐磨性能優(yōu)異的復(fù)合鑄件。

本發(fā)明公開了一種陶瓷顆粒增強(qiáng)耐磨嵌件及其制作方法，該制作方法效率高，塑形穩(wěn)定，鑄滲效果好，制作得到的陶瓷顆粒增強(qiáng)耐磨嵌件抗高溫潰散性好，與金屬液的潤(rùn)濕性好，耐磨性能優(yōu)異。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種陶瓷顆粒增強(qiáng)耐磨嵌件及其制作方法。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種陶瓷顆粒增強(qiáng)耐磨嵌件的制作方法，包括以下步驟：

1)根據(jù)鑄件形狀確定嵌件的形狀、結(jié)構(gòu)和尺寸，采用鋁合金制作壓制嵌件用模具；

2)對(duì)氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷顆粒進(jìn)行除油清洗，再進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，清洗，烘干；

3)將氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷顆粒、鉻鎳奧氏體不銹鋼粉、硼砂、木薯粉和磷酸鋁溶液混合均勻，得到嵌件用模料；

4)將模料填入步驟1）的模具型腔中，采用震壓式脫箱造型機(jī)將模料震實(shí)壓緊，脫模，得到料坯；

5)將料坯放入熱風(fēng)爐，充分干燥；

6)將干燥過的料坯放入真空燒結(jié)爐，進(jìn)行真空燒結(jié)，再冷卻出爐，得到陶瓷顆粒增強(qiáng)耐磨嵌件。

步驟1）所述的嵌件為具有多個(gè)通孔的長(zhǎng)方體、扇形體、圓柱體、棱柱體中的一種。

所述的嵌件的外形尺寸為（30～500）mm×（30～500）mm×（3～150）mm。

所述的通孔的形狀為圓形、梅花形、正六邊形中的一種，孔徑為5～40mm。

步驟2）所述的氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷顆粒中氧化鋯的含量為20wt%～30wt%，顆粒粒徑為1～5mm。

步驟3）所述的氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷顆粒、鉻鎳奧氏體不銹鋼粉、硼砂、木薯粉和磷酸鋁溶液的質(zhì)量比為100：（45～60）：（1.5～3）：（0.3～0.5）：（6～10）。

步驟4）所述的震壓式脫箱造型機(jī)的振動(dòng)頻率為20～30Hz，壓力為0.2MPa～0.5MPa。

步驟5）中干燥溫度為60～90℃，干燥時(shí)間為4～6h。

步驟6）所述的真空燒結(jié)爐內(nèi)的初始真空度為0.1Pa～1Pa，燒結(jié)溫度為1300～1390℃，燒結(jié)時(shí)間為30～60min。

本發(fā)明的有益效果是：

1）本發(fā)明采用的是氧化鋯含量為20wt%～30wt%的氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷顆粒，其常溫下的抗折強(qiáng)度和斷裂韌性比氧化鋁、碳化硅等陶瓷顆粒更高，耐磨性能優(yōu)異，與金屬液的潤(rùn)濕性好，其成本比碳化鎢顆粒低，與金屬的熱膨脹性能更匹配，使用過程中不易剝落；

2）本發(fā)明采用奧氏體不銹鋼粉作為連接材料，可顯著改善耐磨嵌件的潤(rùn)濕性和抗高溫潰散性；

3）本發(fā)明采用磷酸鋁作為粘結(jié)劑，中溫?zé)Y(jié)階段的粘結(jié)強(qiáng)度高，高溫?zé)Y(jié)階段無(wú)有害物質(zhì)殘留，不會(huì)對(duì)鑄滲性能造成影響，也不會(huì)導(dǎo)致鑄造缺陷；

4）本發(fā)明采用木薯粉來(lái)優(yōu)化填充塑形性能；

5）本發(fā)明采用震壓式脫箱造型的方式來(lái)制作嵌件坯，效率高，塑形穩(wěn)定，強(qiáng)度合適，均勻性好，便于造型時(shí)定位和固定。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1的陶瓷顆粒增強(qiáng)耐磨嵌件的斷面圖。

圖2為實(shí)施例2的陶瓷顆粒增強(qiáng)耐磨嵌件的斷面圖。

圖3為實(shí)施例3的陶瓷顆粒增強(qiáng)耐磨嵌件的斷面圖。

附圖標(biāo)注說(shuō)明：1、耐磨嵌件本體；2、通孔。

具體實(shí)施方式

一種陶瓷顆粒增強(qiáng)耐磨嵌件的制作方法，包括以下步驟：

1)根據(jù)鑄件形狀確定嵌件的形狀、結(jié)構(gòu)和尺寸，采用鋁合金制作壓制嵌件用模具；

2)對(duì)氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷顆粒進(jìn)行除油清洗，再進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，清洗，烘干；

3)將氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷顆粒、鉻鎳奧氏體不銹鋼粉、硼砂、木薯粉和磷酸鋁溶液混合均勻，得到嵌件用模料；

4)將模料填入步驟1）的模具型腔中，采用震壓式脫箱造型機(jī)將模料震實(shí)壓緊，脫模，得到料坯；

5)將料坯放入熱風(fēng)爐，充分干燥；

6)將干燥過的料坯放入真空燒結(jié)爐，進(jìn)行真空燒結(jié)，再冷卻出爐，得到陶瓷顆粒增強(qiáng)耐磨嵌件。

優(yōu)選的，步驟1）所述的嵌件為具有多個(gè)通孔的長(zhǎng)方體、扇形體、圓柱體、棱柱體中的一種。

優(yōu)選的，所述的嵌件的外形尺寸為（30～500）mm×（30～500）mm×（3～150）mm。

優(yōu)選的，所述的通孔的形狀為圓形、梅花形、正六邊形中的一種，孔徑為5～40mm。

優(yōu)選的，步驟2）所述的氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷顆粒中氧化鋯的含量為20wt%～30wt%，顆粒粒徑為1～5mm。

優(yōu)選的，步驟3）所述的氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷顆粒、鉻鎳奧氏體不銹鋼粉、硼砂、木薯粉和磷酸鋁溶液的質(zhì)量比為100：（45～60）：（1.5～3）：（0.3～0.5）：（6～10）。

優(yōu)選的，步驟4）所述的震壓式脫箱造型機(jī)的振動(dòng)頻率為20～30Hz，壓力為0.2MPa～0.5MPa。

優(yōu)選的，步驟5）中干燥溫度為60～90℃，干燥時(shí)間為4～6h。

優(yōu)選的，步驟6）所述的真空燒結(jié)爐內(nèi)的初始真空度為0.1Pa～1Pa，燒結(jié)溫度為1300～1390℃，燒結(jié)時(shí)間為30～60min。

采用本發(fā)明的陶瓷顆粒增強(qiáng)耐磨嵌件制作復(fù)合耐磨鑄件包括以下步驟：

1)采用水玻璃砂或樹脂砂造型，根據(jù)鑄件形狀和使用部位確定陶瓷嵌件的埋放位置，預(yù)留鎖緊桿穿過的孔，采用消失模鑄造時(shí)，將嵌件先埋入泡沫模的相應(yīng)位置；

2)將耐磨嵌件放入砂型的型腔中，采用不銹鋼鋼芯將耐磨嵌件固定在離型腔表面2～10mm處，采用螺桿連接嵌件內(nèi)預(yù)埋的螺帽，拉緊固定嵌件；

3)熔煉所需材質(zhì)的金屬液，澆入埋設(shè)了耐磨嵌件的型腔內(nèi)，澆注溫度比通常的澆溫高40～50℃，冷卻后得到鑄滲良好的復(fù)合耐磨鑄件。

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋和說(shuō)明。

實(shí)施例1：用于高鉻鑄鐵板錘的陶瓷顆粒增強(qiáng)耐磨嵌件

1）陶瓷嵌件的形狀為長(zhǎng)方體，斷面尺寸為250mm×95mm（斷面如圖1所示），厚度為100mm，通孔為圓形，孔徑為15mm，通孔錯(cuò)開均勻分布，通孔中心距為35mm；

2）采用鋁合金制作模具，通孔芯棒固定在模具底板上，芯棒的拔模斜度為3°，再采用鋁合金制作尺寸為250mm×95mm×100mm且對(duì)角可拆除的箱框，再將箱框與模具組合裝配好，置于震壓式脫箱造型機(jī)的工作臺(tái)上，沿嵌件寬度中心線設(shè)置2個(gè)支撐與鎖緊位置，預(yù)置M6帶蓋不銹鋼螺母作為鎖緊裝置；

3）選擇氧化鋯含量為25wt%的氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷顆粒，顆粒粒徑為2～3mm，形狀為不規(guī)則多角形，將陶瓷顆粒除油清洗，然后化學(xué)鍍鎳后清洗烘干；

4）將氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷顆粒、304鉻鎳奧氏體不銹鋼粉、硼砂、木薯粉和磷酸鋁溶液按質(zhì)量比100:50:2:0.4:8加入攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，使金屬粉末及各種輔料均勻包裹在陶瓷顆粒表面，同時(shí)避免陶瓷顆粒破碎；

5）根據(jù)嵌件尺寸確定所需模料，將定量模料均勻填入模具型腔中，采用震壓式脫箱造型機(jī)將模料震實(shí)壓緊，振動(dòng)頻率為25Hz，壓力為0.3MPa，在震擊下將料坯頂箱脫模，將料坯連同箱框放置在耐用周轉(zhuǎn)承受墊板上，料坯與墊板之間墊0.3mm厚的石墨紙，拆除箱框；

6）將料坯連同石墨紙和墊板一起進(jìn)熱風(fēng)爐風(fēng)干，70℃干燥5h；

7）將烘干的料坯連同石墨紙和墊板一起放入真空燒結(jié)爐，進(jìn)行燒結(jié)，初始真空度為0.2Pa，燒結(jié)溫度為1350℃，燒結(jié)40min后關(guān)閉熱源，隨爐冷卻到200℃出爐，得到用于高鉻鑄鐵板錘的陶瓷顆粒增強(qiáng)耐磨嵌件。

實(shí)施例2：用于高鉻鑄鐵磨輥輥套的陶瓷顆粒增強(qiáng)耐磨嵌件

1）陶瓷嵌件的形狀為弧面扇形體，展開后的尺寸為500mm×300mm（斷面如圖2所示），厚度為80mm，通孔為正六邊形，正六邊形的邊長(zhǎng)20mm，通孔錯(cuò)開均勻分布，通孔中心距為50mm；

2）采用鋁合金制作模具，通孔芯棒為可單獨(dú)抽取的活動(dòng)式，通過模具底部的芯座定位，芯棒的拔模斜度為3°，再采用鋁合金制作尺寸為500mm×300mm×80mm且對(duì)角可拆除的箱框，再將箱框與模具組合裝配好，置于震壓式脫箱造型機(jī)的工作臺(tái)上，沿嵌件寬度中心線設(shè)置2個(gè)支撐與鎖緊位置，預(yù)置M8帶蓋不銹鋼螺母作為鎖緊裝置；

3）選擇氧化鋯含量為30wt%的氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷顆粒，顆粒粒徑為3～5mm，形狀為不規(guī)則多角形，將陶瓷顆粒除油清洗，然后化學(xué)鍍鎳后清洗烘干；

4）將氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷顆粒、316鉻鎳奧氏體不銹鋼粉、硼砂、木薯粉和磷酸鋁溶液按質(zhì)量比100:60:3:0.5:10加入攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，使金屬粉末及各種輔料均勻包裹在陶瓷顆粒表面，同時(shí)避免陶瓷顆粒破碎；

5）根據(jù)嵌件尺寸確定所需模料，將定量模料均勻填入模具型腔中，采用震壓式脫箱造型機(jī)將模料震實(shí)壓緊，振動(dòng)頻率為30Hz，壓力為0.5MPa，在震擊下將料坯頂箱脫模，將料坯連同箱框放置在耐用周轉(zhuǎn)承受墊板上，料坯與墊板之間墊0.4mm厚的石墨紙，拆除箱框；

6）將料坯連同石墨紙和墊板一起放進(jìn)熱風(fēng)爐風(fēng)干，90℃干燥4h；

7）將烘干的料坯連同石墨紙和墊板一起放入真空燒結(jié)爐，進(jìn)行燒結(jié)，初始真空度為0.5Pa，燒結(jié)溫度為1390℃，燒結(jié)30min后關(guān)閉熱源，隨爐冷卻到300℃出爐，得到用于高鉻鑄鐵磨輥輥套的陶瓷顆粒增強(qiáng)耐磨嵌件。

實(shí)施例3：用于高錳鋼磁性襯板的陶瓷顆粒增強(qiáng)耐磨嵌件

1）陶瓷嵌件的形狀為長(zhǎng)方形薄片，尺寸為80mm×40mm（斷面如圖3所示），厚度為4mm，沿寬度中心線設(shè)置2個(gè)定位通孔，通孔為圓形，孔徑為5mm；

2）采用鋁合金制作模具，通孔芯棒固定在模板，芯棒的拔模斜度為5°，再采用鋁合金制作尺寸為80mm×40mm×4mm且對(duì)角可拆除的箱框，箱框與模具組合裝配好，置于震壓式脫箱造型機(jī)的工作臺(tái)上；

3）選擇氧化鋯含量為20wt%的氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷顆粒，顆粒粒徑為1～3mm，形狀為不規(guī)則多角形，將陶瓷顆粒除油清洗，然后化學(xué)鍍鎳后清洗烘干；

4）將氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷顆粒、304鉻鎳奧氏體不銹鋼粉、硼砂、木薯粉和磷酸鋁溶液按質(zhì)量比100:45:1.5:0.3:6加入攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，使金屬粉末及各種輔料均勻包裹在陶瓷顆粒表面，同時(shí)避免陶瓷顆粒破碎；

5）根據(jù)嵌件尺寸確定所需模料，將定量模料均勻填入模具型腔中，采用震壓式脫箱造型機(jī)將模料震實(shí)壓緊，振動(dòng)頻率為20Hz，壓力為0.2MPa，在震擊下將料坯頂箱脫模，將料坯連同箱框放置在耐用周轉(zhuǎn)承受墊板上，料坯與墊板之間墊0.2mm厚的石墨紙，拆除箱框；

6）將料坯連同石墨紙和墊板一起進(jìn)熱風(fēng)爐風(fēng)干，60℃干燥6h；

7）將烘干的料坯連同石墨紙和墊板一起放入真空燒結(jié)爐，進(jìn)行燒結(jié)，初始真空度為1Pa，燒結(jié)溫度為1300℃，燒結(jié)60min后關(guān)閉熱源，隨爐冷卻到250℃出爐，得到用于高錳鋼磁性襯板的陶瓷顆粒增強(qiáng)耐磨嵌件。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。