的一级道碴，用AR2140型电子天平对磨损前后的试样称重，称重前试样必须清洗和烘干，并采用3次称重取其平均值计算磨损失重，用相同试验参数上试样的平均失重评定材料的耐磨性；结果表明，该复合材料捣镐在Ih内失重为0.038g，耐磨性比普通捣镐耐磨性提高了 3倍左右；并且用HR-150型洛氏硬度计测量其硬度；结果表明，洛氏硬度为HRC78 (比硬质合金的HRC68提高了 15% );由此可见，该复合材料捣镐表面具有良好的耐磨耐冲击性，内部有好的塑性；镐固里程为73公里，工作效率比09-32连续式捣固车提高35%。
[0032]实施例3
如图1至4所示，该复合材料捣镐的镐掌四周表面上包裹了一层陶瓷颗粒增强金属基复合材料，复合层的厚度为9mm，其中陶瓷颗粒为Cr3C2，颗粒粒径为120 μ m，在陶瓷颗粒增强金属基复合材料中陶瓷颗粒所占体积分数为45 %，剩余的基体与镐身的材料一样，都为40CrNiMoo
[0033]本实施例所述的复合材料捣镐的制备方法，如图3、4所示，其具体步骤如下:
(I)将粒径为120μπι的Cr3C2颗粒与磷酸二氢铝溶液(含量为陶瓷颗粒质量分数的
3.5% )装入球磨罐内，在球磨机上均勾混合90min，然后将混合均勾的颗粒填充到预制体模具8中，在N2保护气体中350°C焙烧240min，随炉冷却，得到具有一定强度的预制体9。
[0034](2)将预制体9放入保温套筒中预热到800°C，并且保温lOOmin，出炉后迅速置于挤压模具10中，浇注40CrNiMo金属液11，把压头迅速放到金属液的上面保温45s，然后施加70MPa的压力，使40CrNiMo金属液浸渗到Cr3C2陶瓷颗粒间隙中，得到Cr 3C2颗粒增强的40CrNiMo基复合材料纟局掌，如图2所不。
[0035](3)用砂型铸造浇铸出40CrNiMo镐身，然后和镐掌用JDl堆焊焊条焊在一起。
[0036]本实施例中各种性能测试方法同实施例1，结果表明:本实施例制备得到的复合材料捣镐Ih失重为0.044g，耐磨性比普通40CrNiMo耐磨性提高了 2.5倍左右，洛氏硬度为HRC74.8(比硬质合金的HRC68提高了 10% )，表面具有良好的耐磨耐冲击性，内部有好的塑性；镐固里程为70公里；工作效率比09-32连续式捣固车提高30%。
[0037]实施例4
如图1至4所示，该复合材料捣镐的镐掌四周表面上包裹了一层陶瓷颗粒增强金属基复合材料，复合层的厚度为8mm，其中陶瓷颗粒为Al2O3 (380 μπι)和T12 (150μπι)的混合颗粒，在陶瓷颗粒增强金属基复合材料中陶瓷颗粒所占体积分数为60%，剩余的基体与镐身的材料一样，都为ZG40Mn2。
[0038]本实施例所述的复合材料捣镐的制备方法，如图3、4所示，其具体步骤如下:
(I)将粒径为380 μ m的Al2O3颗粒，150 μ m的T1 2颗粒(其中T1 2颗粒的质量为Al 203颗粒质量的15%)与偏磷酸铝溶液(含量为陶瓷颗粒总质量分数的6%)装入球磨罐内，在球磨机上均勾混合120min，然后将混合均勾的颗粒填充到预制体模具8中，在400°C真空焙烧240min，随炉冷却，得到具有一定强度的预制体9。
[0039](2)将预制体9放入保温套筒中预热到750°C，并且保温120min，出炉后迅速置于挤压模具10中，浇注ZG40Mn2金属液11，把压头迅速放到金属液的上面保温60s，然后施加80MPa的压力，使ZG40Mn2金属液浸渗到Al2O3陶瓷颗粒和T12陶瓷颗粒间隙中，得到Al 203/T12颗粒增强的ZG40Mn2基复合材料镐掌，如图2所示。
[0040](3)用砂型铸造浇铸出ZG40Mn2镐身，然后和镐掌用JD2堆焊焊条焊在一起。
[0041]本实施例中各种性能测试方法同实施例1，结果表明:本实施例制备得到的复合材料捣镐在Ih内的失重0.028g，耐磨性比普通ZG40Mn2的耐磨性提高了 4.5倍左右，洛氏硬度为HRC88 (比硬质合金的HRC68提高了 30 %)，表面具有良好的耐磨耐冲击性，内部有好的塑性；镐固里程为78公里；工作效率比09-32连续式捣固车提高47%。
[0042]实施例5
如图1至4所示，该复合材料捣镐的镐掌四周表面上包裹了一层陶瓷颗粒增强金属基复合材料，复合层的厚度为12mm，其中陶瓷颗粒为ZrO2 (270 μπι)和SiC (120μπι)的混合颗粒，在陶瓷颗粒增强金属基复合材料中陶瓷颗粒所占体积分数为55%，剩余的基体与镐身的材料一样，都为U71Mn。
[0043]本实施例所述的复合材料捣镐的制备方法，如图3、4所示，其具体步骤如下:
(I)将粒径为270 μ m的ZrO2颗粒，120 μ m的SiC颗粒(其中SiC颗粒的质量为ZrO 2颗粒质量的16%)与聚乙烯醇溶液(含量为陶瓷颗粒总质量分数的7%)装入球磨罐内，在球磨机上均匀混合lOOmin，然后将混合均匀的颗粒填充到预制体模具8中，在500°C真空焙烧90min，随炉冷却，得到具有一定强度的预制体9。
[0044](2)将预制体9放入保温套筒中预热到850°C，并且保温lOOmin，出炉后迅速置于挤压模具10中，浇注U71Mn金属液11，把压头迅速放到金属液的上面保温55s，然后施加80MPa的压力，使U7IMn金属液浸渗到ZrO2陶瓷颗粒和SiC陶瓷颗粒间隙中，得到ZrO2/ SiC颗粒增强的U71Mn基复合材料镐掌，如图2所示。
[0045](3)用砂型铸造浇铸出U71Mn镐身，然后和镐掌用JD2堆焊焊条焊在一起。
[0046]本实施例中各种性能测试方法同实施例1，结果表明:本实施例制备得到的复合材料捣镐在Ih内失重为0.025g，耐磨性比普通U71Mn的耐磨性提高了 5倍左右，洛氏硬度为HRC91 (比硬质合金的HRC68提高了 35 %)，表面具有良好的耐磨耐冲击性，内部有好的塑性；镐固里程为80公里；工作效率比09-32连续式捣固车提高50%。
[0047]实施例6
如图1~4所示，该复合材料捣镐的镐掌四周表面上包裹了一层陶瓷颗粒增强金属基复合材料，复合层的厚度为20mm，其中陶瓷颗粒为Cr3C2 (106 μm)、Si3N4 (270 μπι), TiN(120 μ m)的混合颗粒，在陶瓷颗粒增强金属基复合材料中陶瓷颗粒所占体积分数为80 %，剩余的基体与镐身的材料一样，都为U71Mn。
[0048]本实施例所述的复合材料捣镐的制备方法，如图3、4所示，其具体步骤如下:
(I)将粒径为106 μ m的Cr3C2颗粒、120 μ m的TiN颗粒、270 μ m的Si 3N4颗粒(其中TiN颗粒与Si3N4颗粒的质量比为6:4，并且两者的总质量为Cr 3C2颗粒质量的16%)与硼酸溶液(含量为陶瓷颗粒总质量分数的10%)装入球磨罐内，在球磨机上均匀混合lOOmin，然后将混合均匀的颗粒填充到预制体模具8中，在600°C真空焙烧60min，随炉冷却，得到具有一定强度的预制体9。
[0049](2)将预制体放入保温套筒中预热到1000°C，并且保温llOmin，出炉后迅速置于挤压模具10中，浇注U71Mn金属液11，把压头迅速放到金属液的上面保温20s，然后施加10MPa的压力，使U71Mn金属液浸渗到Si3N4陶瓷颗粒、TiN陶瓷颗粒、Cr 3C2陶瓷颗粒颗粒间隙中，得到Cr3C2/TiN/Si3N4多颗粒增强的U71Mn基复合材料镐掌，如图2所示。
[0050](3)用砂型铸造浇铸出U71Mn镐身，然后和镐掌用JD2堆焊焊条焊在一起。
[0051]本实施例中各种性能测试方法同实施例1，结果表明:本实施例制备得到的复合材料捣镐在Ih内失重为0.03g，耐磨性比普通U71Mn的耐磨性提高了 4倍左右，洛氏硬度为HRC85 (比硬质合金的HRC68提高了 25 %)，表面具有良好的耐磨耐冲击性，内部有好的塑性；镐固里程为77公里；工作效率比09-32连续式捣固车提高45%。
【主权项】
1.一种复合材料捣镐，包括镐身和镐掌，其特征在于:所述复合材料捣镐的镐掌四周表面上包裹了一层陶瓷颗粒增强金属基复合材料层，镐身为金属基体，通过焊接和镐掌连接在一起。
2.根据权利要求1所述的复合材料捣镐，其特征在于:所述陶瓷颗粒为WC、Cr3C2、TaC、TiC、NbC, W2C、Al2O3' ZrO2、S12, SiC、B4C, Si3N4' TiN、TiB2' 1102中的一种或几种按任意比例混合后得到的混合物，其颗粒粒径为106~380 μπι。
3.根据权利要求1所述的复合材料捣镐，其特征在于:所述陶瓷颗粒增强金属基复合材料层的厚度为5?20mm，陶瓷颗粒增强金属基复合材料层层中陶瓷颗粒的体积分数为20%?80%。
4.根据权利要求1所述的复合材料捣镐，其特征在于:所述复合材料捣镐的镐身和镐掌的金属基体材质均为铸钢或者铸铁。
5.权利要求1所述复合材料捣镐的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤: (1)将陶瓷颗粒与粘接剂置于球磨罐中混合均匀后填充到预制体模具中，在150°C?600°C焙烧60?240min煅烧后得到预制体，其中，粘接剂的质量为陶瓷颗粒质量分数的2%?10% ； (2)将预制体放入保温套筒中预热到300°C?1000°C后保温60?120min，预制体出炉后迅速置于挤压模具中，浇注金属液保温20s?60s后，施加30?10MPa的压力，使得金属液在外加压力的作用下浸渗到颗粒之间的间隙中得到金属基复合材料镐掌； (3)将镇身镇掌焊接在一起得到复合材料捣I咼。
6.根据权利要求5所述复合材料捣镐的制备方法，其特征在于:步骤(I)所述粘接剂为磷酸铝溶液、磷酸二氢铝溶液、偏磷酸铝溶液、硼酸溶液、水玻璃溶液、聚乙烯醇溶液一种或几种按任意比例混合得到的混合物。
7.根据权利要求5所述复合材料捣镐的制备方法，其特征在于:步骤(I)所述烧结为真空烧结或者是H2、队保护气体保护下烧结。
【专利摘要】本发明公开一种复合材料捣镐及其制备方法，属于零部件制备技术领域；本发明所述复合材料捣镐包括镐身和镐掌，其中镐掌的四周表面上包裹了一层陶瓷颗粒增强金属基复合材料，该复合层的厚度有5～20mm，颗粒的体积分数为20％～80％；镐身为金属基体，镐掌和镐身是通过焊接连接在一起的；其中所述复合材料捣镐的镐掌是通过压力铸造方法制备。本发明制备得到的镐掌硬度高，具有较高耐磨性和冲击性能，耐磨层厚并且不会脱落，大大延长了其使用寿命，捣固车的工作效率也大幅提高；采用压力铸造的方法，组织致密无缺陷，综合机械性能好；工艺简单，成本低，可获得较大的经济效益。
【IPC分类】B22D18-02, E01B27-13, B22D19-16
【公开号】CN104874770
【申请号】CN201510240294
【发明人】卢德宏, 李海舟, 包昂, 赵馨月
【申请人】昆明理工大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月13日