一种高耐磨铁基复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铁基复合材料，具体而言为涉及一种采用细陶瓷柱作为增强材料的高耐磨铁基复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]在水泥、电力等行业广泛使用磨辊、衬板、板锤等耐磨部件，在高硬质磨料、高冲击等恶劣磨损工况条件下，目前使用的高铬铸铁件失效迅速，迫切需要使用耐磨性更好的铁基表面复合材料，目前制备铁基表面复合材料的最合适工艺之一是熔体浸渗法，专利CN102310183A公开了一种高耐磨铁基复合材料及其制备方法，该方法选用大尺寸电熔锆刚玉颗粒通过熔体浸渗技术制备颗粒增强铁基复合材料，工艺简便，复合层厚度可在较大范围内调节；也有研宄将粒径为1~3 mm的ZTA (ZrO2增韧Al 203)陶瓷颗粒制作成蜂窝状多孔陶瓷预制体，然后浇注高铬铸铁，通过铸渗技术成功制备了高铬铸铁基复合材料(铸造，2012，61 (2): 165.);但是，上述方法获得的铁基复合材料在磨损过程中容易出现陶瓷颗粒脱落的问题，影响复合材料耐磨性的提高；因此，迫切需要开发一种新型高耐磨铁基复合材料，并采取有效方法，在保证复合效果和制备方便的前提下，有效避免增强材料在磨损过程中的脱落；专利CN101623752A公开了一种耐磨陶瓷棒定向排列增强钢或铁基铸造复合材料的制备工艺，将耐磨陶瓷棒以5~10mm的间距垂直于磨损面排列并固定于铸型中，浇入母体金属液，凝固后得到复合材料耐磨铸件，但是该专利获得的复合材料中陶瓷棒体积分数低，陶瓷棒排列麻烦，陶瓷棒与钢或铁基体之间的界面结合难以保证。
【发明内容】
[0003]本发明提出一种高耐磨铁基复合材料及其制备方法，其原理是:选取韧性好及热稳定性好、硬度和高温强度高的陶瓷细棒作为增强材料，磨损过程中在垂直于陶瓷细棒方向上从其一端开始磨损时，只要陶瓷细棒有足够的韧性，不易崩裂，切与基体结合良好，在磨损到陶瓷细棒另一端前就不会出现陶瓷增强体的脱落，有利于提高材料的整体耐磨性；为了在浇注铁水等操作过程中不发生陶瓷细棒松散的情况，将一定数量的陶瓷细棒在径向上紧密排列组成一定形状的小单元，并用铝丝分别捆扎该单元的两端，然后将陶瓷细棒组成的小单元紧密排列成所需要的形状，其中陶瓷细棒垂直于将受到磨损的表面，将相邻单元用于捆扎的铝丝通过焊接连接在一起，从而获得陶瓷细棒预成型体；在陶瓷细棒表面用氟锆酸钾水溶液进行预处理，以改善陶瓷细棒与铁水的润湿性；在浇注前将经过预处理的陶瓷细棒预成型体固定在型腔内表面需要增强的位置，然后合箱浇注铁水或者钢水，铝丝在铁水浇注时遇高温氧化而在表面形成氧化膜，使其具有高温强度且不易出现断裂，而且这样的排列既保证了陶瓷细棒的体积分数，又使细棒之间有足够的孔隙供铁水流动，由于陶瓷细棒的连续性，同时其韧性好，通过在细陶瓷棒表面镀镍并涂覆熔盐层改善陶瓷与钢铁基体之间界面结合，将有效降低增强相在磨损过程中脱落的可能性。
[0004]本发明提出一种高耐磨铁基复合材料及其制备方法，其特征在于:将经化学镀镍的陶瓷细棒在径向上紧密排布组成一定形状的小单元，并用铝丝分别捆扎该单元的两端，然后将相同的小单元紧密排列成所需要的形状，其中陶瓷细棒垂直于将受到磨损的表面，并将相邻单元中用于捆扎的铝丝通过焊接连接在一起，浸泡氟锆酸钾水溶液并烘干，在浇注前固定在型腔内表面需要增强的位置，然后合箱浇注铁水或者钢水，获得细陶瓷棒增强的耐磨铁基复合材料。
[0005]所涉及的细陶瓷棒，是指由电熔锆刚玉、氧化钇稳定氧化铝或者碳化钨制作的韧性与热稳定性好、硬度和高温强度高的直径为l~3mm的圆柱状陶瓷材料。
[0006]所涉及的紧密排列成一定形状的小单元，是指陶瓷细棒按长度方向相互平行，紧密排列，使得排列成的单元垂直于长度方向的截面呈圆形、三角形或者正方形。
[0007]所涉及的用铝丝捆扎，是指采用工业纯铝制作的直径为0.3-0.6mm的丝状材料，通过常规的捆扎方法将一定形状的陶瓷细棒捆扎在一起。
[0008]所涉及的焊接，是指通过氩弧焊或者激光焊将相邻的铝丝连接在一起。
[0009]所涉及的氟锆酸钾水溶液，是指浓度为3.5-4.5wt.%、温度为85~90°C由氟锆酸钾与去离子水混合而成的均匀水溶液。
[0010]所涉及的烘干，是指将由陶瓷细棒组合而成的多单元组合体置在250~270°C保温20?40mino
[0011]所涉及的铁水或者钢水，是指高铬铸铁或者普通铸钢，浇注时其温度分别1350~1450°C 或者 1450~1550°C。
[0012]本发明与专利CN101623752A相比，具有如下突出进步:1)选择韧性与热稳定性好、硬度和高温强度高的陶瓷细棒，保证陶瓷细棒在受外界冲击、磨损的过程中不易发生断裂；2)将陶瓷细棒紧密排布组成一定形状的小单元，既增大了陶瓷细棒的体积分数，方便了陶瓷细棒的排列，又通过利用小单元之间的间隙保证了钢水或铁水的流动和对陶瓷细棒的包裹；3)通过在陶瓷细棒表面镀镍并用氟锆酸钾水进行预处理，改善了陶瓷细棒与钢水、铁水的润湿性。
【附图说明】
[0013]图1为本发明中陶瓷细棒排列的示意图。
[0014]图2为采用本发明方法制备的耐磨铁基复合材料的横截面照片。
具体实施例
[0015]本发明可以根据以下实例实施，但不限于以下实例；在本发明中所使用的术语，除非有另外的说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义；应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围；在以下的实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。
[0016]实施例1
本实施例具体实施一种高耐磨铁基复合材料及其制备方法，其过程为:将由电熔锆刚玉制作的韧性及热稳定性好、硬度和高温强度高的直径为3_的圆柱状陶瓷材料进行化学镀镍，镀镍后的陶瓷细棒在径向上紧密排布组成垂直于长度方向的截面呈圆形的小单元，并用工业纯铝制作的直径为0.6mm的丝材通过常规的捆扎方法将一个单元的陶瓷细棒分别在两端捆扎在一起，然后将相同的小单元紧密排列成长120_、宽60_的长方形，其中陶瓷细棒垂直于将受到磨损的表面，并将相邻单元中用于捆扎的铝丝氩弧焊连接在一起，然后将陶瓷细棒组合而成的多单元组合体浸泡在浓度为3.5%、温度为85°C由氟锆酸钾与去离子水混合而成的均匀水溶液中20s，取出后置于250°C保温40min，在饶注前将其固定在型腔内表面需要增强的位置，然后合箱浇注高铬铸铁铁水，浇注温度为1450°C，最终获得细陶瓷棒增强的耐磨铁基复合材料。
[0017]图1为本发明中陶瓷细棒排列的示意图，图2为采用本发明方法制备的耐磨铁基复合材料的横截面照片；经在砂轮上加压磨损试验，复合材料的磨损性较热处理态高铬铸铁