可用作用于水泥和采矿业的耐磨部件的金属基质复合材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明通常设及铸造金属基质复合材料、其用途及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 耐磨部件（磨损部件）被用于诸如水泥和采矿业的许多工业中。为了提高效率， 用作耐磨部件的金属基质复合材料必须符合几个要求。耐磨部件通常在旨在粉碎和研磨固 体材料的采矿设备中实施。因此，它们必须表现出对在它们的使用过程中所经受的冲击和 磨损的良好抵抗力。初性材料显示出改善的耐冲击性，但是低的耐磨损性，而硬质耐磨损材 料提供了令人满意的耐磨损性，但是低的耐猛烈冲击性。因此，至关重要的是开发一种在耐 磨损性和耐冲击性之间显示出良好平衡的铸造金属基质复合材料。此外，耐磨部件是设及 其频繁更换的耗材。必要的是使得运些耐磨部件的更换间隔开、方便并且成本更低。耐磨 部件的生产成本必须是低的W用于在工业中实施。 阳00引技术问题
[0004] 本发明的目的是提供一种可用作用于水泥和采矿业的耐磨部件（耐磨零件，磨损 部件，wear part)的增强的铸造金属基质复合材料。本发明还旨在提供显示出延长的服务 寿命的耐磨部件，其具有高的产率同时具有低的生产成本。
【发明内容】
阳0化]根据本发明的铸造金属基质复合材料包括两个不同的部分，即：
[0006] -一个或多个陶瓷块状物（ceramic cake)，包括：Al2〇3、Zr〇2、铁类金属（含铁金 属，铁金属，黑色金属，ferrous metal)和TiC，
[0007] -W及金属基质，包括：铁类金属和TiC。
[0008] 本发明的一个方面提供了一种铸造金属基质复合材料，其在陶瓷部分和金属基质 中均包含TiC。
[0009] 陶瓷块状物相当于铸造金属基质复合材料的硬质材料。陶瓷块状物在被包含在金 属基质内之前预先形成。由于它们的组成包括特别是TiC和无机化合物（Al2〇3和Zr〇2)的 混合物，因此运些陶瓷块状物显示出高的硬度。
[0010] 金属基质包括铁类金属和TiC。TiC的存在允许增强金属的基质。事实上，本发明 的发明人已注意到，利用TiC增强金属基质允许获得在金属基质中的陶瓷块状物的更好的 抵抗力。运意味着，陶瓷块状物更强地保持在金属基质内，并因此在经受使用条件时更难从 其去除。事实上，TiC在金属基质中的存在增加了其硬度，但不影响断裂初性。因此，所获 得的材料是更加耐磨的而不增加裂化的风险。此外，本发明的发明人惊奇地发现，当金属基 质还包含TiC时改善了陶瓷化合物（Al2〇3和Zr〇2)的插入。
[0011] 本发明的另一个方面设及用于制备铸造金属基质复合材料的方法。根据本发明的 金属基质复合材料通过铸造过程制备。因为其经济且易于实施，因此运样的过程提供了几 个优点。此外，TiC在陶瓷块状物内的形成发生在铸造过程期间，即在金属基质的诱注步骤 期间。在陶瓷块状物上加入烙融的金属基质导致TiC在陶瓷块状物内的形成。事实上，铁 和碳是非常活性的组分并且当将它们在高于约llOOC的溫度下混合时导致TiC的产生。所 获得的TiC颗粒显示出小于或等于约30微米的直径/尺寸。此外，运些颗粒被均匀地分布 在金属基质中。TiC颗粒的形成导致所获得的材料的强度、应变和硬度的增加，运进而允许 提高其服务寿命和其耐磨性。
[0012] 在运种情况下，必须注意的是，不可能在金属基质内直接添加运类TiC颗粒（即具 有相同的直径尺寸）且同时受益于相同的效果。事实上，即使添加该尺寸的颗粒，它们也会 凝结并且金属不会W由本发明的方法所提供的方式覆盖它们。运种凝结和不适当的覆盖对 耐磨材料的性能将是有害的。
[0013] 根据本发明的制备方法优选包括预先形成陶瓷块状物的步骤，接着是铸造金属基 质的步骤。尤其是，制备方法因此可包括W下步骤：
[0014] (a)通过W下夹制备一个或《个翩瓷块状物： 阳〇1引-混合Al2〇3、Zr〇2、FeTi、石墨和粘合剂，
[0016]-将所获得的混合物填充在一个或多个预成型模具中，
[0017]-加热和固化该混合物，
[0018] -从所述一个或多个预成型模具中除去所获得的（预成型的）陶瓷块状物，
[0019]-将所述混合物冷却至室溫，
[0020] 化)通过W下将一个或《个翩瓷块状物镑推成复合材料：
[0021] -将（预成型的）陶瓷块状物放置在一个或多个树脂型模具中，
[0022] -关闭所述一个或多个树脂型模具，
[0023] -烙融包括铁类金属的金属W及铁铁（ferrotitanium)和石墨W便获得包括TiC 的金属的合金，
[0024]-将金属的合金诱注到所述一个或多个树脂型模具中， 阳0巧]-获得铸造金属基质复合材料。
[00%] 本发明的另一个方面设及一种制品，包括根据本发明的铸造金属基质复合材料的 使用并且特别是耐磨部件。
【附图说明】
[0027] 现在将通过举例的方式并参考附图来描述本发明的优选实施方式，其中：
[0028] 图1示出了具有蜂窝形状的陶瓷块状物。
[0029] 图2示出了在诱注金属基质之前具有蜂窝形状的陶瓷块状物的细节。
[0030] 图3示出了根据本发明的铸造金属基质复合材料的视图，其中陶瓷块状物包含在 金属基质中。
[0031] 图4示出了包括合适形状的陶瓷块状物和金属基质的部分（部件，portion),即适 于插入到另外的金属层内。
[0032] 图5示出了本发明的一个【具体实施方式】，其中铸造金属基质复合材料的部分（如 图4的那些部分）包含在另外的（优选初性的）金属内。图5A示出了运个实施方式，其中 通过在（优选初性的）金属内的透明度（透明性，transparency),所述部分是可见的。图 5B是运个实施方式的另一视图，其中包含在（优选初性的）金属内的部分的部件是隐藏的。
[0033] 根据下面的几个非限制性实施方式的详细描述并参考附图，本发明的进一步的细 节和优点将是显而易见的。
【具体实施方式】
[0034] 本发明提出了一种铸造金属基质复合材料，其包括包含在金属基质内的陶瓷块状 物。特别是，运种铸造金属基质复合材料是通过在陶瓷块状物和金属基质中同时存在TiC 来增强的。
[0035] 根据本发明的铸造金属基质包括：
[0036] -一个或多个陶瓷块状物，包括:Al2〇3、Zr〇2、铁类金属和TiC，W及
[0037] -金属基质，包括：铁类金属和TiC。
[0038] 存在于陶瓷块状物和金属基质中的TiC通过W下原位反应来获得：FeTi+C，其转 换成化巧ic。通过在高溫下，即在高于约iioor的溫度下，接触反应物材料来获得运种反 应。
[0039] 有利的是使用TiC，因为它显示出高于3000HV的非常高的硬度值并且在含铁溶液 中是稳定的。
[0040] 关于陶瓷块状物，必须注意的是，用于生产TiC的原位反应仅发生在包括铁类金 属和TiC的金属基质诱注到陶瓷块状物上的时刻。当诱注金属基质时，包含铁类金属和TiC 的金属基质渗入到陶瓷块状物内并填充陶瓷晶粒之间的间隙。因此，陶瓷块状物装载有金 属基质。运导致TiC在陶瓷块状物内的形成。结果，包含在陶瓷块状物内的金属基质的重 量相当于陶瓷块状物的重量的四倍。
[0041] 因此，在诱注步骤之前，（预成型的）陶瓷块状物包括：412〇3、2'〇2、。611、石墨和粘 合剂。
[0042] 在陶瓷块状物内使用粘合剂W便使陶瓷的晶粒聚集。在陶瓷块状物中使用的粘合 剂优选可W是无机粘合剂。特别地，粘合剂可W选自包括娃酸钢、胶体娃酸盐或它们的混合 物的组。
[0043] 特别地，必须注意的是，胶体娃酸盐的使用降低了所获得的材料的吸湿性能，并且 因此避免了材料内水分的增加。事实上，运是由于胶体娃酸盐的结构，其允许结合可能被水 分子占据的位点。与其他粘合剂相反，胶体娃酸盐限制水（例如来自周围空气）被陶瓷块 状物吸收。因此，陶瓷块状物的强度不会降低，运防止了裂缝的形成。为了限制由粘合剂进 行的水吸收的效果，已知的方法需要尽可能快地使用陶瓷块状物。运样的方法不允许大量 陶瓷块状物的预形成，因为它们不能在足够长的时间期间被存储。结果，使用胶体娃酸盐作 为粘结剂代表了本发明的具有显著优点的优选实施方式，因为可W在金属基质的实际诱铸 之前准备好大量的陶瓷块状物，在延长的时间期间存储且根据需要使用。
[0044] 根据本