一种耐磨合金材料的生产流程和方法与流程

此专利申请享有的优先权依据为：uspto专利申请号为14/312,215，申请日期为2014年6月23日。本发明涉及合金材料
技术领域：
，具体地说涉及一种耐磨合金材料的生产流程和方法，更精准的说，一种比现有合金材料更轻更耐磨的合金材料的生产流程和方法。
背景技术：
：在很多领域中，设备和机械部件的严重磨损都是不可避免的，比如建筑、矿产、以及工业生产。为了延长使用寿命，这些部件可以用耐磨材料制作。这些耐磨材料展现出特出的性能，能承受一种或多种的磨损，包括但不仅限于：磨损、应力、冲击、疲劳和腐蚀。多年来，围绕着耐磨材料的生产进行的研究和探索逐步受到更多的关注，新的应用也被发现。这些材料被普遍应用于工业或建筑设备中，包括复合锤头，衬板，颚板，斗齿、螺旋叶片，搅拌机，铲，摊铺机，这些只是几个例子。耐磨材料也应用于复合管和轧辊机械零件。此外，随着对这些耐磨材料的生产过程的不断改进和优化，它们也将获得普及并在其它环境中得到使用。事实上，业内人士预计，耐磨材料市场将在未来十年及以后稳步增长。这种增长将由世界不断上升推动人口和相应基础设施的需求来推动，然后导致对能源，铁路，公路，交通，住房，等等的进一步需求。进而引发对施工和工业设备和零部件，包括耐磨材料的巨大需求。例如，仅在2009年，超过1500万吨耐磨材料用以生产挖掘机斗齿，超过16万吨耐磨材料却被用于排污泵部件和管道。然而，现有的耐磨材料并不能表现出令人满意的耐磨特性，特别是在苛刻环境下。当易损件失效或需要更换时，整个生产线都可能被关闭。所以，损失的不仅是更换部件带来的直接损失，更是减产或停产导致的巨大间接亏损。耐磨材料的性能，寿命和价格是评估和选择耐磨材料和相应耐磨部件的三个主要标准。随着对耐磨部件需求的增加以及生产加工科技的进步，对更廉价，更持久，以及更耐磨的材料需求也将持续增长。相应的，耐磨材料的生产方式和方法也能获益于更先进的生产设备和加工科技。尤其是，如今的社会经济对于更先进的科技和材料的需求，包括对材料，部件和设备更加廉价，更加持久，以及更加耐磨的需求。技术实现要素：本发明公开了一种耐磨合金材料的生产方式和方法，一方面，这种耐磨材料的一种生产过程可以包括通过对第一组材料的混合得到的第一组混合物。一种方案，第一组的材料可以包括二氧化锆，氧化铝，以及任选地，氧化钙和氧化钇中的至少一种。另一方面，此过程还可以包括把第一种混合物破碎成某一特定直径大小的小粒径颗粒。这些小粒径颗粒可以与第二组材料混合得到第二组混合物。一种方案，第二组材料可以包括碳，铬，和铁。另一种方案，第二组材料可以还包含镍，锰和钛。还有一方面，第二组混合物可以用液态金属浇筑得到第三组混合物。在一些方案中，第三组混合物可以接下来被搁置一定的时间直到冷却成固态。另一种方案，第三组混合物可以进行热处理工艺变成耐磨材料。此次公开的其它目的和优点一部分将在接下来的阐述中展现，一部分将通过阐述后显而易见的拓展中体现，又或者通过对本次公开的实践中得知。此次空开的目的和优点可以通过特别指出的附属专利要求的单个以及组合中实现和获得。但应该理解的是，不论是前面的简要概述还是后面的详细描述，都仅是对专利要求进行的举例和解释的说明性质，并非是对专利要求施加限制。详述里用到的附图展示了几个方案，与此详述一同，是用于解释说明此次公开的原理。附图说明图1为本发明一种参考方案中的生产流程图；图2为本发明实施例生产流程中混合物200的一种参考方案；图3为本发明实施例生产流程中混合物310的一种参考方案；图4为本发明实施例生产流程中一个压缩形态的一种参考方案。具体实施方式下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。本文公开的是一种耐磨材料生产的方式和方法的多种方案。尽管这里描述的方案和方法主要针对发展建筑、矿业、和工业领域中耐磨材料的应用，该技术还可以应用于其他环境下，例如住宅、商业环境、或者部件和设备受到磨损的其它环境。某些参考方案会有详细的引用，其实例在附图中体现。任何许可的情况下，图中，相同的引用标号都指代相同或类似的物品。图1是一种参考方案，描绘了生产耐磨材料的一种方法。一方面，该方法包括混合、加热、和冷却的一系列步骤。步骤110，可以使用第一组材料(以下简称‘a组’材料)。一种方案，a组材料可包括氧化锆(zro2)、氧化铝(al2o3)、以及氧化钙(cao)和氧化钇(y2o3)中的一种或两种。另一种方案，a组材料可以包含二氧化锆、氧化铝、氧化钙、以及氧化钇中的一种或多种，但不需要包含所有的。在其它的方案中，a组材料也可以包含相应的替代材料或额外的材料。步骤115，可以把a组材料送入混合器中混合均匀，得到混合物200(如图2，后面会详细介绍)。一方面，在混合物200里，a组材料中的各成分的质量百分比可以是表格1中的百分比范围。另一方面，a组材料中的各成分的百分比可以有一种，或多种比表格1中的相应百分比高、或者低。表格1材料zro2al2o3cao和y2o3中的一种或两种质量百分比(％)38.8-39.358.3-58.91.8-2.9尽管一些方案里，混合物200可包括一些氧化钙和氧化钇的组合，可替代的方案里也可以不同时含有氧化钙和氧化钇。另一方面，混合器可以包含任何合适的，用以均匀混合a组材料的混合机。例如，混合器可以包含一台pmh1/pml1实验室行星式捏合机。a组材料可以是固态形态下送入混合器。或者，a组材料中的一种或多种成分可以在液态形态下送入混合器。其它的方案里，a组材料可以按一定顺序送入混合器。例如，可以先把氧化铝送入混合器，然后把氧化锆送入混合器，接着把氧化钙(cao)和氧化钇(y2o3)中的一种或两种送入混合器。当然，a组材料中的成分可以按任意适当的顺序送入混合器，这里举的例子仅供参考。或者，可以把一种或多种a组材料中的成分同时送入混合器。步骤120，可以将混合物200进行加热步骤。一种方案，可以用电弧炉对混合物200进行加热、融化。电弧炉可以包含的种类，例如一个交流电的电弧炉。当然，电弧炉只是一个对混合物200进行加热、融化的装置的示例，任何合适的装置都可以用在步骤120。例如，可以用一台加热装置或炉子对混合物200进行预热，可以用一个或多个加热装置或炉子对混合物200进行融化。一方面，不论对混合物200进行的加热、融化是用一个步骤还是多个步骤，是用一个还是多个加热设备或炉子，混合物200可以被加热到大约2730摄氏度(4946华氏度)。当然，这个范围仅供参考，混合物200可以被加热、融化到任意适当的温度，包括比2730摄氏度(4946华氏度)高或低。步骤120之后，混合物200可以在步骤125被降温固体化。一种方案，混合物200可以被自然冷却。或者，可以用一种或多种装置给混合物200降温。另一种方案，可以把混合物200降温到大约21摄氏度(70华氏度)，即大约在室温。当然，这个温度仅供参考，可以把混合物降温到任意适当的温度使得混合物200固体化，包括21摄氏度(70华氏度)到30摄氏度(86华氏度)之间。其它的方案，可以把混合物200降温到低于21摄氏度(70华氏度)，包括0摄氏度(32华氏度)以下。步骤130，可以把混合物200进行破碎步骤。一方面，可以用破碎设备把混合物200破碎成小粒径颗粒。例如，可以用一台小型陶瓷颚式破碎机进行破碎步骤。当然，这里的颚式破碎机仅供参考，任意适当的可以对混合物200进行破碎的设备都可以用在步骤130。例如，一台破碎设备可以用来对混合物200进行初步破碎，然后可以用一台或多台破碎设备对混合物200进行进一步的破碎，得到需要的颗粒尺寸。另一方面，得到的小粒径颗粒的平均半径可以大约在1毫米左右。当然，这个尺寸仅供参考，可以把混合物200破碎成任意适当的尺寸，包括半径在0.5毫米到2毫米之间。其它的方案，可以把混合物200破碎成半径大于2毫米，或小于0.5毫米的颗粒。步骤135，可以使用第二组材料(以下简称’b组’材料)。一种方案，b组材料可以包括锰(mn)，钛(ti)，碳(c)，铬(cr)，铁(fe)和镍(ni)。另一种方案，b组材料可以包含锰，钛，碳，铬，铁和镍中的一种或多种，但不能同时包含所有的。其它的方案中，b组材料可以包含相应的替代材料或额外的材料。一种方案，b组材料中的各成分的质量百分比可以是表格2中的百分比范围。另一种方案，b组材料中的各成分的百分比可以有一种，或多种比表格2中的相应百分比高、或者低。表格2材料mnticcrfeni质量百分比(％)112-325-3850-580-20步骤140，可以将b组材料送入混合器，与混合物200小粒径颗粒均匀混合，得到混合物300。一种方案，混合器可以包含任意适当的混合机，对b组材料和混合物200小粒径颗粒进行均匀混合。例如，混合器可以包含一台pmh1/pml1实验室行星式捏合机。一些方案中，步骤115中使用的混合器可以同样适用于步骤140。其它方案，步骤140可以使用一个或多个相似的混合器或额外的混合器。b组材料可以是固体状态送入混合器。或者，b组材料中的一种或多种成分可以是液态的形式送入混合器。还有一种方案，b组材料与混合物200小粒径颗粒可以按一定的顺序送入混合器。举例说明，b组材料可以按照这样的先后顺序送入混合器：铁，铬，碳，钛，锰，和镍。然后把混合物200小粒径颗粒送入混合器。当然，此顺序仅供参考。b组材料可以按任意适当的顺序送入混合器，这里给出的顺序仅为一种参考方案。或者，b组材料中的一种或多种成分可以同时送入混合器。另一方面，b组材料与混合物200小粒径颗粒可以按大约相同的质量百分比混合，即，b组材料的质量等于混合物200小粒径颗粒的质量。其它方案，混合物300中，a组材料的质量大于b组材料的质量。或者，混合物300中，b组材料的质量大于a组材料的质量。步骤145，可以向混合物300中加入液态石蜡生成混合物310(如图3所示，详细描述见下文)。当然，液态石蜡只是一个作为可以将混合物粘合在一起的‘粘合剂’的例子，步骤145中可以使用任意一种或多种适用的材料。在其余的方案中，可以使用固态的石蜡。与步骤115和140类似，用于将混合物300与石蜡混合在一起的混合器可以包含一台pmh1/pml1实验室行星式捏合机。在一些方案中，步骤145中可以使用与步骤115和步骤140相同的混合机。其余的方案中，步骤145中可以使用一种或多种可替代的混合器，或者额外的混合器。步骤150中，可以将混合物310进行一个压缩步骤。一种方案中，可以使用液压机器对混合物310进行压缩处理。当然，液压机器只是一个可以用来压缩混合物310的示例，步骤150中可以使用任意一种或多种合适的器械。例如，可以用一种款型的器械或盒子盛放混合物310，再用一个或多个额外的压缩器械或压缩机器对混合物310进行压缩处理。一方面，不论是用一个步骤还是多个步骤，一个还是多个压缩器械或压缩机器，对混合物310进行塑形和压缩工艺，可以在约为100吨的压力下对混合物310进行压缩工艺。当然，这个压力值仅供参考，可以在任何适当的压力下对混合物310进行压缩工艺，包括大于100吨左右并且小于200吨左右的压力值。其余的方案中，可以在小于100吨的压力值下对混合物310进行压缩工艺。另一方面，可以把混合物310压缩处理成蜂窝状的结构。一种方案中，这个蜂窝状结构可以直径约为25mm，相互间距约为30mm的圆柱形孔洞(如图4所示，详情见下文)。当然，这个直径和相互间距仅供参考，混合物310可以被压缩处理成任何适当的结构，并且这些结构可以包含任何适当直径以及适当尺寸的相互间距，只要使往蜂窝里浇筑的液体(如下所述)能与混合物310均匀混合。一些方案中，混合物200(如图2所示)的密度可以小于液态钢。所以未经步骤150压缩处理的混合物310用钢水浇筑后，混合物310可能会分离，混合物200的固态小粒径颗粒380(如图3所示)可能会漂浮到混合物的表面。当混合物310被压缩处理成蜂窝状的结构，其中的孔洞不仅可以盛放所有的混合成份，还有助于蜂窝内的浇筑液体的均匀混合。替代方案中，可以讲混合物310压缩处理成任何适当的结构，可以包含也可以不包含孔洞。进一步的方案中，不同于把混合物310压缩处理成有孔洞的结构，可以将混合物310压缩处理成表面有凹坑或一些其它纹理的结构。步骤155中，可以将压缩处理好的混合物310放入砂箱中浇筑。当然，砂箱只是一种用于对混合物310进行浇筑的设备，步骤155中可以使用任何适当的一个或多个设备。一种方案中，可以用液态高铬钢或者液态高锰钢对混合物310进行浇筑产生混合物320。替代方案中，混合物310可以用一些其他材料进行浇筑产生混合物320.浇筑后，可以把混合物320搁置一定时间。一种方案，可以把高温浇筑产生的混合物320置于恒温室中放置大约1个小时。另一种方法，可以把混合物320搁置大约3个小时以内，40分钟以上。当然，这些搁置时间仅供参考，可以把混合物320搁置任意适当的时间。步骤155之后，可以在步骤160中把浇筑得到的混合物320冷却固态化。一种方案，混合物320可以被自然冷却。或者，可以用任意一个或多个设备冷却混合物320。另一种方案中，浇筑得到的混合物320可以被冷却到大约21摄氏度(70华氏度)，即室温。当然，这个温度仅供参考，混合物320可以冷却到任意适当的固态化温度，包括在21摄氏度(70华氏度)与30摄氏度(86华氏度)之间的温度。进一步的方案中，浇筑得到的混合物320可以冷却到低于21摄氏度(70华氏度)的温度，包括低于0摄氏度(32华氏度)的温度。步骤165中，可以对混合物320进行热处理工艺。具体表现为，一个加热和冷却的工艺处理，通过改变混合物320的晶体结构得到期望的一个或多个物理上、机械上的属性。热处理的温度，时间，和热处理后的冷却速度都可能会影响到混合物的属性。在其它的体现中，热处理工艺还可能增强混合物320的强度、硬度、韧性和耐腐蚀性。图2展示了前文所述的对应图1的混合物200的一种参考方案。如上所述，混合物200可以包含氧化锆210，氧化铝220，以及氧化钙或氧化钇230中的一种或两种。其它的方案中，混合物200可以包含氧化锆，氧化铝，氧化钙，氧化钇中的一种或多种，但不同时全部包含。进一步的方案中，a组材料可以包含替代材料或者额外的材料。图3展示了前文所述的对应图1的混合物310的一种参考方案。如上所述，混合物310可以包含铁330，镍340，锰350，钛360，碳370，铬380，和混合物200。特别的是，混合物200可以是以固态小粒径颗粒390的形式与混合物310中的其它材料混合。混合物310可以还包括石蜡395。图4展示了前文所述的对应图1的一个压缩形态的一种参考方案。如上文所述，蜂窝状结构400可以大致上是一个方体或圆柱体。另外，混合物310的压缩结构可以包含也可以不包含孔洞410，如上文所述。还可以加入额外的特征来增强所述的制作系统和方法的功能。例如，制作系统和方法可以对前文提到的混合、加热、冷却、破碎、压缩、浇筑、和热处理步骤的一项或多项进行进一步的步骤分拆设计，从而达到提高生产速度，降低生产设备压力，和增加产量的效果。另外，a组材料、b组材料、混合物200、混合物300、以及混合物310中可以加入替代材料或者额外的材料，从而影响得到的耐磨材料的属性。前文所述的制作系统和方法的其他方案都可以通过对本次揭露详述的学习思考和练习应用中领悟。详述和示例都是仅供参考，本次的揭露的真正的范围和精神体现在后面的专利保护要求中。当前第1页12