专利名称：自蔓延法制造耐磨陶瓷复合模具钢板材的制作方法
技术领域：
本发明属于提高挤压成型模具材料耐磨性的制造技术。可用于建筑材料、耐火材料、金属半固态加工 等需要大量挤压成型模具的行业。
背景技术：
在建筑材料成型、耐火材料成型、金属半固态加工等行业挤压成型中模具是主要的生产设备，它们的 共同特征是在挤压成型工程中物料对模具的摩擦特别大，模具磨损速度快，模具精度寿命短，为了解决此 问题，专家和工程技术人员研制出多种高硬度、耐磨的高碳、高铬、高锰、高钼等合金钢作为模具制造材 料，或者对现有的合金钢模具进行渗碳、渗氮、渗碳化鸨等技术来提高其耐磨性能，均有很好的效果， 在建筑材料、耐火材料挤压成型的模具生产中得到广泛应用，但是其缺点是模具成本大大提高，摊到每件 制成品上的模具费用也比较高，在日益激烈的市场竞争的条件下，降低模具成本也是一条可行之路。另一方面，陶瓷钢铁复合管制造技术已经成熟(ZL—种制备薄壁陶瓷内衬层钢管的方法，北京科技大 学，中国，C04B35/65， 200510086804.9; ZL陶瓷内衬复合管的制造方法，王建江，中国，B28B21/72, 97111352.1 )。陶瓷钢管是采用自蔓延高温合成-离心法制造的。就是把无缝钢管放在离心机的管模内，钢管 内加入铁红和铝粉混合物。这种混合物在化学中称为铝热剂。离心机管模旋转达到一定速度后，点燃铝热 剂,铝热剂立即燃烧，燃烧波迅速蔓延，在蔓延时发生如下剧烈的化学反应2Al+Fe203=Al203+2Fe+836kJ 3Fe304+8Al=4Al203+9Fe+3265kJ 此铝热剂反应后生成物为01-八1203(即刚玉)和铁,同时放出大量热量。这些热量如在绝热条件下,绝热温 度可达3753K和3509K,它使钢管内原来物料以及反应后的生成物刚玉全部变成熔液，由于反应非常迅速，只有数秒钟，熔融反应物在离心力作用下,迅速按比重大小进行分离。铁被离心力甩到钢管内壁,Al203则分布在铁的内层。由于钢管迅速吸热和传热,Al203和Fe迅速达到凝固点，很快分层凝固。最后形成的陶瓷钢管从内到外分别为刚玉瓷层、以铁为主的过渡层和外部的钢管层。高温熔融的铁液和Al203液,与钢管内壁接触，使钢管处于半熔融状态，使铁层与钢管形成冶金结合，铁层与钢玉瓷层间也形成牢固结合,其机械耐磨性能大 大提高，经权威部门模拟试验测定，抗磨损抗冲刷的综合性能均比同厚壁的耐磨合金铸钢提高5倍以上，比 20号碳钢管提高20倍以上。静态自蔓延法制备黑色金属半固态加工用陶瓷涂层模具(陈威等，申请号200510040328.7;审定 公告号1762618)，在挤压模具生产中得到了应用，其特点是凹模一次整体成型，但是文献仅査到在形状 简单的圆形凹模得到成功的例子，对于生产形状稍复杂的挤压模具还有很大难度，进一步说，自蔓延法制 备挤压成型陶瓷涂层模具的工艺技术难度比较大，难于在一般挤压模具生产企业推广。发明内容本发明在于利用自蔓延法制造陶瓷钢铁复合板材，通过切割、镶嵌、焊接到挤压模具中，达到提高 模具关键部位硬度，增强其耐磨性的目的。本发明的主要技术特征为在振动和磁力环境条件下完成自蔓延法陶瓷钢铁复合制造中铝热反应和液 态产物Fe和A1203的分离，以达到旋转惯性力分离的同样效果。本发明的主要有两部分组成， 一是铝热反应容体部分，其中耐火材料箱(3)以钢板基材(1)为底， 由石棉层(5)为缝隙填充物，反应原料Al和Fe203混合粉末由耐火材料箱自蔓延材料入口 (4)填入；二 是钢制活动平台(6)，其一端固定安装带偏心质量调速振动电机(7);并固定有与耐火材料箱(3)下口 周边外壁尺寸相匹配的台阶，以保障平台振动时耐火材料箱(3)不发生滑移；另外其中部与钢板基材(1) 相对应位置打一组孔固定一组永久强磁铁(9)，磁铁的上表面与平台面平；该平台由滚动轴承(8)和基 础垂向接触，由水平弹簧(10)和基础横向连接。
图1为自蔓延法制造耐磨陶瓷复合模具钢板材系统的结构简图，图中各部分(1)钢板基材，(2)陶 瓷层，(3)耐火材料箱，(4)自蔓延材料入口， (5)石棉层，(6)钢制活动平台，(7)带偏心质量调速电 机，(8)滚动轴承，(9)永久强磁铁，(10)水平弹簧。
具体实施方式
该发明的具体实施的过程为，首先将钢板基材(1)由石棉层(5)为缝隙填充物与耐火材料箱(3) 下口紧密接合固定，形成一完整箱体；将反应原料Al粉和Fe203粉混合；将混合粉末由自蔓延材料入口 (4) 填进耐火材料箱(3)中；盖上自蔓延材料入口 (4)，将箱体放入加热炉内预热至750士50。C，保温20分钟， 取出箱体垂直放入钢制活动平台(6)上台阶内；启动带偏心质量调速电机(7)使活动平台(6)开始水 平微幅振动；点燃A1+Fe203粉末，Al和Fe203发生铝热反应，产物Fe和A1203均处于液态，振动可挤出 液体中的气泡，并在振动和平台下面与钢板基材(1)相对应位置固定的永久强磁铁(9)的磁力线及重力 作用下，处于液态的Fe和八1203开始分离，Al203液浮在上层逐渐结晶凝固，Fe液靠向钢板基材并在其表 面熔为一体；在耐火材料保温条件下逐渐冷却。去掉耐火材料箱体得到陶瓷复合模具钢板材的坯板；对坯 板上壁陶瓷涂层进行水平磨削加工，即可得到耐磨陶瓷复合模具钢板材。本发明成本低廉、工艺简单、模 具使用寿命长。
权利要求
1、自蔓延法制造耐磨陶瓷复合模具钢板材，其特征在于在振动和磁力环境条件下完成自蔓延法陶瓷钢铁复合制造中铝热反应和液态产物Fe和Al2O3的分离，该发明主要有两部分组成，一是铝热反应容体部分，其中耐火材料箱以钢板基材为底，由石棉层为缝隙填充物，反应原料Al和Fe2O3混合粉末由耐火材料箱的自蔓延材料入口填入；二是钢制活动平台，其一端固定安装带偏心质量调速振动电机；并固定有与耐火材料箱下口周边外壁尺寸相匹配的台阶；另外其中部与钢板基材相对应位置打一组孔固定一组永久强磁铁，磁铁的上表面与平台面平；该平台由滚动轴承和基础垂向接触，由水平弹簧和基础横向连接。
全文摘要
本发明属于提高挤压成型模具材料耐磨性的制造技术，可用于建筑材料、耐火材料等需要挤压成型模具的行业。目的在于制造陶瓷钢铁复合板材，通过切割、镶嵌、焊接到挤压模具中，提高模具关键部位硬度，增强其耐磨性。主要技术特征为利用振动和磁力解决在自蔓延法陶瓷钢铁复合制造中铝热反应液态产物Fe和Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>的分离问题，以达到旋转惯性力分离的同样效果。主要组成部分有，耐火材料箱以钢板基材为底，反应原料Al和Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>混合粉末由耐火材料箱上口填入；钢制活动平台一端固定安装带偏心质量调速振动电机，并且其中部与钢板基材相对应位置打一组孔固定永久强磁铁，磁铁的上面与平台面平；该平台由滚动轴承与弹簧和基础连接。
文档编号B22D19/08GK101269412SQ20071030482
公开日2008年9月24日 申请日期2007年12月29日 优先权日2007年12月29日
发明者孙利民, 申长雨 申请人:郑州大学橡塑模具国家工程研究中心