专利名称：电磁搅拌辅助铝热反应热压在钢板表面制备陶瓷涂层方法
技术领域：
本发明涉及一种在钢板表面制备陶瓷涂层的方法。具体涉及利用电磁搅拌辅助铝
热反应热压技术，在钢板表面制备黑色金属基复合材料涂层方法。属于材料加工工程技术 领域。
(二)
背景技术：
在钢板表面制备复合材料涂层具有耐磨、耐腐蚀等优点，在工业中有广阔的应用 前景。铝热反应是一种自蔓延反应。点燃铝热焊剂可获得反应产物铁和三氧化二铝陶瓷的 混合物。如将其直接浇铸在钢板表面上，则比重小的陶瓷颗粒将上浮、比重大的金属下沉， 不能得到所需的复合材料涂层。
(三)
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种能使三氧化二铝陶瓷颗粒均匀分布在 铁水中的电磁搅拌辅助铝热反应热压在钢板表面制备陶瓷涂层方法。 本发明的目的是这样实现的一种电磁搅拌辅助铝热反应热压在钢板表面制备陶 瓷涂层方法，其特征在于所述方法包括以下工艺过程 依据铝热反应方程式Fe203+2A1 = Al203+2Fe+828. 894(kj)配制铝热焊剂，将电 磁搅拌装置固定在液态模锻液压机工作台上，在电磁搅拌器的坩埚(也起液态模锻模具作 用)内先放入钢板，将铝热焊剂放入电磁搅拌装置坩埚中的钢板表面。用高温火柴或氧乙 炔火焰点燃铝热焊剂，使其发生铝热反应，生成铁水和三氧化二铝颗粒混合物。在铁水和三 氧化二铝颗粒混合物凝固过程中进行电磁搅拌，当其处于熔融状态时，进行液态模锻。并保 压2分钟。使其在压力下结晶并与钢板焊合，从而获得高密度复合材料板。
所述铝热焊剂，以Fe203+2A1 = Al203+2Fe+828. 894 (kj)铝热反应方程为基本配方， 根据复合材料对耐磨性、高温强度、硬度、韧性、耐蚀性、耐冲击、热震性等单一或综合性能 要求不同，添加合金元素，调整涂层材料配方。 电磁搅拌是借助电磁力强化未凝固金属熔液的运动，从而改变凝固过程的流动， 传热和传质，达到分散陶瓷颗粒，细化金属晶粒，改善铸坯质量的目的。它是利用旋转电磁 场在金属液中产生感应电流，金属液在洛伦磁力的作用下产生运动，从而达到对金属液搅 拌的目的。 电磁搅拌的特点 a)非接触性。借助电磁感应实现能量的无接触转换，因而不与金属溶液接触就能 将电磁能直接转换成金属溶液的动能。 b)可控制性。由于感应线圈激发的磁场可以通过调节感应电流来进行人为的控
制，进而实现电磁力的人为控制，因此可以人为地控制金属溶液的流动形态。 c)无污染性。非接触式的传递热能和机械能给材料，因此是一种无污染的加工方法。
常用的铝热反应方程式为，Fe203+2A1 = Al203+2Fe+828. 894 (kj)。如果采用该方 程式为铝热堆焊材料基本配方，反应产物不经搅拌直接浇铸到金属表面时，则在一定的保 温条件下，堆焊层的熔体还将按密度大小分层，大密度组分的铁水下沉，与其相接触的基体 钢材表面形成冶金结合，低密度的三氧化二铝陶瓷颗粒浮在高密度的铁水表面。此时对其 进行电磁搅拌可使陶瓷颗粒与铁水均匀混合，随着搅拌的进行熔体温度下降，当达到整个 熔体熔融状态时，进行模锻，可大幅度提高涂层致密化程度和与基体的结合强度。原因是在 复合材料四周有模具的限流作用，同时伴有电磁搅拌的辅助作用下，钢水在三向压应力作 用和电磁搅拌的作用下充满陶瓷颗粒缝隙，在钢板表面形成一层相当于用浸渗法制备的陶 瓷颗粒增强复合材料。分散均匀的陶瓷颗粒在强大的三向压应力和电磁搅拌的作用下与铁 结合，较均匀的压入铁的过渡层中，铁在高温高压下与基体金属牢固地焊合。如果在铝热焊 剂中再加入氟化钙，则堆焊层不但耐磨而且减磨，如果加入耐腐蚀的合金元素则将提高堆 焊层的抗腐蚀能力。总之，采用电磁搅拌辅助铝热反应热压在钢表面形成陶瓷涂层的方法， 可以根据需要通过调整铝热焊剂粉末配方，灵活地进行合金化处理。铝热反应除具有节省 能源的优点外，另一显著特点是速度快，整个铝热反应过程在几秒之内即可完成。
本发明的有益效果是 1、通过电磁搅拌使三氧化二铝陶瓷颗粒均匀分布在铁水中，加压显著提高了材料 的致密度及与基体钢板的界面结合强度。 2、节能铝热反应充分利用化学反应本身放出的热量，在合成过程中温度可达 1500-4000°C。 3、高效无需热量从外部传递到物料的过程，反应速度一般为0. l-20cm/s。
4、成本低原材料廉价、设备简单、工艺节能、材料利用率高。
5、铝热反应产生的陶瓷高温性能突出、化学稳定性好、硬度高、韧性好。
6、材料可设计可通过加入填料改性，使堆焊层材料具有可设计性，、。
具体实施例方式
本发明涉及的电磁搅拌辅助铝热反应热压在钢板表面制备陶瓷涂层方法，其典型 的实施例是 按方程式Fe203+2A1 = Al203+2Fe+828. 894(kj)将粒度为20-30目的铝粉与粒度 小于IOO目的氧化铁粉充分混和成铝热焊剂。将电磁搅拌装置固定在液态模锻液压机工作 台上，在电磁搅拌器坩埚(也起液态模锻模具作用)内先放入钢板，将铝热焊剂放入电磁搅 拌装置坩埚中的钢板表面。用高温火柴或氧乙炔火焰点燃铝热焊剂，使其发生铝热反应，生 成铁水和三氧化二铝颗粒混合物。在铁水和三氧化二铝颗粒混合物凝固过程中进行电磁搅 拌，当其处于熔融状态时，进行液态模锻。并保压2分钟。使其在压力下结晶并与钢板焊合， 从而获得高密度复合材料板。液态模锻结束后，利用液压机的下顶出装置，通过模具预留的 下口顶出制件。
权利要求
一种电磁搅拌辅助铝热反应热压在钢板表面制备陶瓷涂层方法，其特征在于所述方法包括以下工艺过程依据铝热反应方程式Fe2O3+2Al＝Al2O3+2Fe+828.894(kJ)配制铝热焊剂，将电磁搅拌装置固定在液态模锻液压机工作台上，在电磁搅拌器坩埚内先放入钢板，将铝热焊剂放入电磁搅拌装置坩埚中的钢板表面，用高温火柴或氧乙炔火焰点燃铝热焊剂，使其发生铝热反应，生成铁水和三氧化二铝颗粒混合物；在铁水和三氧化二铝颗粒混合物凝固过程中进行电磁搅拌，当其处于熔融状态时，进行液态模锻，并保压2分钟，使其在压力下结晶并与钢板焊合，从而获得高密度复合材料板。
2. 根据权利要求1所述的一种电磁搅拌辅助铝热反应热压在钢板表面制备陶瓷涂层 方法，其特征在于所述铝热焊剂，以Fe^3+2Al =Al203+2Fe+828. 894 (kj)铝热反应方程为基 本配方，根据复合材料对耐磨性、高温强度、硬度、韧性、耐蚀性、耐冲击和热震性单一或综 合性能要求不同，添加合金元素，调整堆焊材料配方。
全文摘要
本发明涉及一种电磁搅拌辅助铝热反应热压在钢板表面制备陶瓷涂层方法，依据铝热反应方程式Fe2O3+2Al＝Al2O3+2Fe+828.894(kJ)配制铝热焊剂，将电磁搅拌装置固定在液态模锻液压机工作台上，在电磁搅拌器坩埚内先放入钢板，将铝热焊剂放入电磁搅拌装置坩埚中的钢板表面，用高温火柴或氧乙炔火焰点燃铝热焊剂，使其发生铝热反应，生成铁水和三氧化二铝颗粒混合物；在铁水和三氧化二铝颗粒混合物凝固过程中进行电磁搅拌，当其处于熔融状态时，进行液态模锻，并保压2分钟，使其在压力下结晶并与钢板焊合，从而获得高密度复合材料板。本发明通过电磁搅拌使三氧化二铝陶瓷颗粒均匀分布在铁水中，加压显著提高了材料的致密度及与基体钢板的界面结合强度。
文档编号B22D19/16GK101704090SQ20091018261
公开日2010年5月12日 申请日期2009年9月18日 优先权日2009年9月18日
发明者刘礼华, 朱磊, 李吉峰, 汤秀山, 练永明, 谭佃龙, 郑召全, 陈威 申请人:江阴东大新材料研究院