鋯剛玉陶瓷球-低合金鋼復合材料的制造方法技術

本發明專利技術公開一種鋯剛玉陶瓷球-低合金鋼復合材料的制造方法，旨在提供一種不增加產品成本，并且大幅度提高產品的使用壽命的復合耐磨材料制造方法；其制備方法：1）將釩鐵粉、水玻璃粘結劑和水按質量比9-11:1:1混合制成涂料；2）將鋯剛玉陶瓷球放入氫氟酸液體中進行粗化處理；3）將步驟2）經過粗化的鋯剛玉陶瓷球放在鋼絲網格中，球與球相隔距離5-8mm，用另一塊鋼絲網將排列好的陶瓷球蓋住，再將兩塊鋼絲網固定住；4）將步驟3）固定有陶瓷球的鋼絲網浸入步驟1）的涂料中，取出后烘干備用；5）將涂有涂料的鋼絲網固定鑄型內；6）熔化中低合金得到鋼液，澆入鑄型鋼液凝固即得；屬于機械材料制備技術領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種復合材料的制造方法，具體地說，是一種；屬于機械材料制造

技術介紹
在礦山用來采礦的機械因為磨損消耗量巨大，每年僅磨料磨損消耗的金屬耐磨材料達到300多萬噸。經濟損失在1000億元以上。主要原因是多數工作部件采用金屬制造，而在礦山面對的工作對象是硬度較高的非金屬，前者的硬度比較后者低得多，許多礦區用于礦石破碎的破碎機的錘頭質量僅用幾天就需要更換，導致成本增加停工損失。復雜的工作對象和惡劣的工況條件，要求加工部件的材料應該在硬度方面與之對應甚至高于工作對象，單一的金屬合金材料已經難以適應，特別是工作部件的打擊面應該采用硬度高的陶瓷材料，而在位于非工作面的材料則不需要高硬度，只要硬度適中和較高的韌性即可。 劉小君在2008年第4期《包頭職業技術學院學報》刊登的“低碳低合金鋼斗齒耐磨材料的研究”指出當化學元素含量 O. 2-0. 27%C、0. 4-0. 6% S1、O. 6-0. 8% Cr、O. 6-1. 0%Mn,O. 4-0. 8% Mo、O. 8-1. 4% N1、O. 1-0. 2% Cu、( O. 025% S、彡 O. 025% P、彡 O. 06% Re時，優化熱處理工藝獲得材料，硬度為43HRC，42. 9g試樣240min的磨損量為1. 25g，而傳統的高猛鋼42. 9g試樣240min的磨損量為2. 31g,前者的磨損量僅僅是后者的54%,耐磨性能由于后者，但該研究仍然處在提高單一金屬狀態，未能獲得實質性突破。作者康樂等人在《熱加工工藝》2010年12期刊登的“新型金屬-陶瓷耐磨材料的應用研究”論文指出通過機械加工方法將氧化鋁陶瓷片嵌入金屬基體中，磨損實驗結果，金屬-陶瓷復合材料與高鉻合金白口鑄鐵材料相比，耐磨性提高了 3倍以上。該復合材料在某電廠的輸煤管上與普通鑄鋼襯板進行對比試驗。普通鑄鋼襯板運轉1440h已基本失效，而金屬-陶瓷復合襯板至少可運轉7200 h。金屬陶瓷復合襯板具有耐磨性高、穩定性好等優點，但復合技術屬于機械加工范疇，效率低，難以大批量生產。
技術實現思路
本專利技術的目的就是提供一種不增加產品成本，并且大幅度提高產品的使用壽命鋯剛玉球的復合耐磨材料的制造方法。本專利技術的技術方案是這樣的一種，其特征在于，包括下述步驟I)將釩鐵粉、水玻璃粘結劑和水按質量比9-11:1:1的比例進行混合制成涂料；2)將鋯剛玉陶瓷球放入氫氟酸液體中將其進行粗化處理；3)選用網孔直徑比陶瓷球直徑小l_2mm的鋼絲網，將步驟2)經過粗化的鋯剛玉陶瓷球放在鋼絲網的網格中，球與球相隔距離5-8mm，然后用另一塊鋼絲網將排列好的陶瓷球蓋住，再將兩塊鋼絲網固定住，確保鋯剛玉球被兩層鋼絲網夾住不會移動；4)將步驟3)固定有陶瓷球的鋼絲網浸入步驟I)所述的涂料中，使釩鐵粉粘結在陶瓷球和鋼絲網的鋼絲上，取出后烘干備用；5)將涂有涂料的鋼絲網固定鑄型內；6)熔化中低合金得到鋼液，用鋼液澆入鑄型，低合金鋼鋼液體對鑄型空腔充型并通過鋼絲網的網孔將陶瓷球包圍，鋼液凝固即得。上述的，所述的鋯剛玉球的直徑為5-10mmo進一步的，上述的，步驟5)用鐵釘從鋼絲網兩側插入鑄型，將鋼絲網固定在鑄型內。進一步的，上述的，步驟5)用鋼桿將鋼絲網支撐到兩邊的鑄型型壁來固定鋼絲網。進一步的，上述的，所述的低合金鋼的硬度為43HRC ;鋯剛玉陶瓷球的硬度為2400HV。 與現有技術相比，本專利技術的復合耐磨材料，是在低合金鋼的基體上根據需要在某一部位鑲鑄鋯剛玉陶瓷球，在陶瓷球與低合金鋼的界面處形成釩原子的擴散，組織中生成碳化釩的顆粒其他部位仍然為低合金鋼組織，陶瓷球具有高的硬度，合金組織具有適中的硬度和較好的韌性，二者配合各自發揮其作用避免了單一低合金鋼功能不全面的問題，同樣體積時鋯剛玉陶瓷球的成本與低合金鋼的成本相當，因此可以在不增加產品成本的基礎上，大幅度提高產品的使用壽命，為生產企業帶來經濟效益；陶瓷球周圍的低合金鋼基體材料緊緊固定住陶瓷球，保證其不脫落，材料表面是合金，外觀質量不受影響，可以快速大量生產。具體實施例方式下面結合實施例，對本專利技術作進一步的描述，但其不代表為本專利技術的唯一實施方式。鋯剛玉陶瓷球的粗化選購鋯剛玉陶瓷球，硬度為2400HV，鋯剛玉陶瓷球的直徑為 5-10mm，。化學成分=Al2O3 76. 16% ；Zr02 20 . 35% ；Si02 O. 6% ；Ti021. 69%，球徑為 5-10mm,將陶瓷球放入氫氟酸溶液中(VHF =VH2O=1:1)，攪拌30min粗化，取出陶瓷球，用清水預沖洗后放入超聲波清洗機內進行最終沖洗，取出陶瓷球。涂料配制將釩鐵塊人工破碎成2_3mm粒度大小，放入球磨機的陶瓷罐內，加入等量的陶瓷球，啟動球磨機，加工時間8小時,制成鑰;鐵粉。將重量比為10 1 1的鑰;鐵粉、水玻璃粘結劑、水混合后充分攪拌制成涂料。鋯剛玉陶瓷球敷涂料將經過粗化處理的鋯剛玉陶瓷球，放入涂料中，取出后自然干燥處理。準備固定陶瓷球的鋼絲網選購網孔尺寸比陶瓷球直徑小1-2 mm的鋼絲網，鋼絲的直徑為O. 3-0. 5_，經過機加工對鋼絲網進行裁剪，獲得需要的尺寸。陶瓷球的固定根據需要，將經過上述處理后的陶瓷球放在鋼絲網的對應位置的網孔上，陶瓷球徑大于網孔，所以不會從網孔中漏出；陶瓷球與陶瓷球之間的距離為5-10mm,球與產品表面的距離5_8mm，該距離的存在有助于低合金鋼鋼液的充型，保證鋼液包圍陶瓷球，鋼液凝固后可以緊緊將其固定在合金內。然后將另一片相同尺寸的鋼絲網蓋在排列的陶瓷球上，用螺栓將兩邊的鋼絲網固定好。制作砂鑄型，將固定有陶瓷球的鋼絲網放在鑄型內，放置在材料內部需要加大硬度的區域，用鐵釘插入砂型的辦法，將鋼絲網固定，也可以用鋼桿支撐到兩邊的鑄型型壁來固定鋼絲網。熔化合金，低合金鋼的硬度為43HRC，合金液體主要化學成分0. 2-0. 27%C ；O. 4-0. 6% Si ；0. 6-0. 8% Cr ；0. 6-1. 0% Mn ；0. 4-0. 8% Mo ；0. 8-1. 4% Ni ；0. 1-0. 2% Cu ；^ 0. 025 S ； ( 0. 025 P 0. 06 Re ;余為 Fe。本專利技術涉及的材料低合金鋼的硬度為43HRC，鋯剛玉陶瓷球的硬度為2400HV，HRC硬度與HV硬度的換算關系大約為10 :1，因此鋯剛玉陶瓷球的硬度是低合金鋼的5倍。澆注成型當低合金鋼液體澆入鑄型時，液體對鑄型空腔充型，并通過鋼絲網包圍住陶瓷球，涂料中的釩鐵粒子被熔化，形成陶瓷球表面與合金液體中釩原子的濃度差，陶瓷球面上釩原子濃度大，釩原子向合金液體中擴散與合金液體中的碳原子結合生成碳化釩，使合金基體的硬度提高。位于合金材料中的陶瓷球成為復合耐磨材料的強化相。復合材料使用時熱處理工藝為預處理工藝，先加熱至710°C，保溫I小時，再繼續加熱到1050°C，保溫5小時，隨爐緩冷至880°C，出爐空冷。淬火回火工藝，920°C保溫15分鐘，水淬，220°C回火35分鐘。本專利技術的復合耐磨材料，用于制造機械耐磨部件時，鑄件表面的5_8mm的合金層被磨損后，硬度極高的鋯剛玉陶瓷球將發揮抵抗物料磨損的功能，提高了部件的使用壽命。本專利技術與單一低合金鋼耐磨性能比較見表一。表一本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋯剛玉陶瓷球?低合金鋼復合材料的制造方法，其特征在于，包括下述步驟：1）將釩鐵粉、水玻璃粘結劑和水按質量比9?11:1:1的比例混合制備涂料；2）將鋯剛玉陶瓷球放入氫氟酸液體中將其進行粗化處理；3）選用網孔直徑比陶瓷球直徑小1?2mm的鋼絲網，將步驟2）經過粗化的鋯剛玉陶瓷球放在鋼絲網的網格中，陶瓷球與陶瓷球相隔距離5?8mm，然后用另一塊鋼絲網將排列好的陶瓷球蓋住，再將兩塊鋼絲網固定住，確保鋯剛玉球被兩層鋼絲網夾住不會移動；4）將步驟3）固定有陶瓷球的鋼絲網浸入步驟1）所述的涂料中，使釩鐵粉粘結在陶瓷球和鋼絲網的鋼絲上，取出后烘干備用；5）將涂有涂料的鋼絲網固定鑄型內；6）熔化中低合金得到鋼液，用鋼液澆入鑄型，低合金鋼鋼液體對鑄型空腔充型并通過鋼絲網的網孔將陶瓷球包圍，鋼液凝固即得。

【技術特征摘要】
1.一種鋯剛玉陶瓷球-低合金鋼復合材料的制造方法，其特征在于，包括下述步驟I)將釩鐵粉、水玻璃粘結劑和水按質量比9-11:1:1的比例混合制備涂料；2)將鋯剛玉陶瓷球放入氫氟酸液體中將其進行粗化處理；3)選用網孔直徑比陶瓷球直徑小l_2mm的鋼絲網，將步驟2)經過粗化的鋯剛玉陶瓷球放在鋼絲網的網格中，陶瓷球與陶瓷球相隔距離 5-8mm，然后用另一塊鋼絲網將排列好的陶瓷球蓋住，再將兩塊鋼絲網固定住，確保鋯剛玉球被兩層鋼絲網夾住不會移動；4)將步驟3)固定有陶瓷球的鋼絲網浸入步驟I)所述的涂料中，使釩鐵粉粘結在陶瓷球和鋼絲網的鋼絲上，取出后烘干備用；5)將涂有涂料的鋼絲網固定鑄型內；6)熔化中低合金得到鋼液，用鋼液澆入鑄型，低合金鋼鋼液體對鑄型空腔充型并通過鋼...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曾輝，黃傳福，
申請(專利權)人：嘉應學院，
類型：發明
國別省市：