專(zhuān)利名稱：一種原位生成Laves相增強(qiáng)鋼基表面復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種原位生成Laves相增強(qiáng)鋼基表面復(fù)合材料的制備方法，屬于金屬耐磨材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在鋼材、冶金、煤炭、建材和電力等行業(yè)中，物料的破碎、研磨、輸送傳輸和導(dǎo)位運(yùn)輸非常的普遍。目前的物料破碎、研磨、輸送傳輸和導(dǎo)位運(yùn)輸系統(tǒng)中，多半采用的是鋼材加工成的金屬零件作為載體。由于普通鋼材的高溫耐磨性較差，所以這些零件在系統(tǒng)中的磨損非常嚴(yán)重，使其使用壽命短，更換頻繁。導(dǎo)致生產(chǎn)成本很高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度加大，并且嚴(yán)重影響各系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種表面復(fù)合高溫耐磨件的制備方法，采用該方法制備的表面復(fù)合材料，其中含有高強(qiáng)度、高強(qiáng)韌的鋼基體和高溫高耐磨性的硬質(zhì)相顆粒，該顆粒在基體內(nèi)原位生成，并與鋼基體之間形成冶金結(jié)合，使高溫耐磨件的表面既具有鋼基體的高強(qiáng)度和高韌性的性能，又具有硬質(zhì)相的高溫耐磨性等性能，使得表面高溫耐磨件能夠同時(shí)承受高壓和高溫下的強(qiáng)烈摩擦，能夠增加使用壽命。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是將幾種元素粉末機(jī)械合金化，然后用粘接劑將機(jī)械合金化的粉末粘貼在聚苯乙烯泡沫塑料制成的模型工作表面，并安裝澆注系統(tǒng)，涂上耐火涂料，待其干燥后按消失模工藝造型，把熔煉好的鋼液澆入模型型腔內(nèi)，在澆入鋼液的熱作用下，機(jī)械合金化的金屬元素粉末被熔解與擴(kuò)散，相互過(guò)飽和的固溶元素粉末在原位相互反應(yīng)，形成高度彌散的Laves相，而少量的金屬元素粉末與液態(tài)鋼基發(fā)生冶金化合反應(yīng)，形成少量的合金碳化物，冷卻凝固后主要形成顆粒狀硬質(zhì)相和鋼基體，兩者之間為冶金結(jié)合，制成以高韌性、高強(qiáng)度的鋼基體和內(nèi)含Laves硬質(zhì)相的表面復(fù)合材料零件
本發(fā)明的制備方法主要包括以下幾個(gè)步驟(如圖1所示)
(1)原位生成Laves相的預(yù)制備將金屬元素Cr和R粉按摩爾比2:1的比例混合，其中R為金屬元素Ti、Nb、Ta等能與Cr形成Laves相中的一種或幾種，粉末粒徑為100 200目，然后按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行機(jī)械合金化；
(2)在步驟(1)中預(yù)制備的Laves相中加入濃度為6%的聚乙烯醇，加入量為L(zhǎng)aves相重量百分比的2 4%，攪拌混合均勻；
(3)將聚苯乙烯泡沫用現(xiàn)有技術(shù)制備消失模模型，然后將步驟(2)中制備的混合料均勻涂抹在消失模模型零件的工作表面，涂抹厚度為2 5mm，待涂抹層自然干燥后，安裝澆注系統(tǒng)，涂上耐火材料，待其在40 50°C的條件下干燥后用30 40目的干石英砂進(jìn)行消失模造型；
(4)將用現(xiàn)有技術(shù)熔煉好的基體合金液在溫度為1450 1550°C時(shí)澆入消失模模型型腔內(nèi)，澆注速度為3 mcg/S，注滿為止，待其自然冷卻后，取出鑄件，清理鑄件表面的消失模涂料及其表面的氧化皮，即得到原位生成Laves相增強(qiáng)鋼基表面復(fù)合材料。所述增強(qiáng)鋼基體金屬是高錳鋼、合金鋼、普通碳鋼及常用鋼種。所述原位生成的Laves相復(fù)合在零件的工作表面。本發(fā)明的原理是機(jī)械合金化使金屬元素粉末相互過(guò)飽和固溶，在液態(tài)的鋼基高溫作用下，金屬元素粉末發(fā)生熔解與擴(kuò)散，原位反應(yīng)并和鋼液發(fā)生冶金化合反應(yīng)，同時(shí)由于金屬元素粉末的吸熱作用，降低了局部的溫度，縮短了結(jié)晶過(guò)程，阻礙了元素粉末的進(jìn)一步擴(kuò)散，使元素粉末更容易在原位富集，結(jié)晶析出大量彌散的高溫高強(qiáng)度的硬質(zhì)Laves相，并與鋼基體形成良好的冶金結(jié)合，界面結(jié)合強(qiáng)，解決了硬質(zhì)Laves相易脫落、易破碎等難題， 實(shí)現(xiàn)了高溫耐磨性與高強(qiáng)韌性的統(tǒng)一結(jié)合，使零件的整體性能顯著提高。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1.元素粉末可根據(jù)零件的使用要求進(jìn)行合理配比，成分可調(diào)，使用范圍廣。2.原料采用的是元素粉末，其渣滓等比較少，因此不會(huì)產(chǎn)生夾渣等缺陷，復(fù)合層的內(nèi)部組織優(yōu)良。3.本發(fā)明的復(fù)合成形工藝可控性強(qiáng)、成品率高、生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，便于大規(guī)模生產(chǎn)。4. Laves相顆粒為整體原位反應(yīng)生成，避免了機(jī)械復(fù)合等工藝過(guò)程中常常出現(xiàn)的開(kāi)裂現(xiàn)象和使用過(guò)程中的脫落現(xiàn)象。5.根據(jù)各零件的使用工礦，可以調(diào)節(jié)Laves相硬質(zhì)顆粒在基體中的比例，并保證分布均勻。6.根據(jù)各零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)表面局部和整體復(fù)合。


圖1是原位生成Laves相增強(qiáng)鋼基表面復(fù)合材料的制備流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
(1)原位生成Laves相的預(yù)制備將金屬元素Cr和Ti粉按摩爾比2:1的比例混合，粉末粒徑都為100目，然后按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行機(jī)械合金化；
(2)在步驟(1)中預(yù)制備的Laves相中加入濃度為6%的聚乙烯醇，加入量為L(zhǎng)aves相重量百分比的2%，攪拌混合均勻；
(3)將聚苯乙烯泡沫用現(xiàn)有技術(shù)制備消失模模型，然后將步驟(2)中制備的混合粉料均勻涂抹在消失模模型零件的工作表面，涂抹厚度為2mm，待涂抹層自然干燥后，安裝澆注系統(tǒng)，涂上耐火材料，待其在40°C的干燥爐內(nèi)烤干后用30目的干石英砂消失模造型；
(4)將用現(xiàn)有技術(shù)熔煉好的高錳鋼鋼液在溫度為1450°C時(shí)澆入消失模模型型腔內(nèi)，澆注速度為3kg/s，注滿為止，待其自然冷卻后，取出鑄件，清理鑄件表面的消失模涂料及其表面的氧化皮，即得到原位生成Laves相增強(qiáng)高錳鋼基表面復(fù)合材料。實(shí)施例2:
(1)原位生成Laves相的預(yù)制備將金屬元素Cr和Nb粉按摩爾比2:1的比例混合，粉末粒徑都為150目，然后按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行機(jī)械合金化；
(2)在步驟(1)中預(yù)制備的Laves相中加入濃度為6%的聚乙烯醇，加入量為L(zhǎng)aves相重量百分比的3%，攪拌混合均勻；
(3)將聚苯乙烯泡沫用現(xiàn)有技術(shù)制備消失模模型，然后將步驟(2)中制備的混合料均勻涂抹在消失模模型零件的工作表面，涂抹厚度為4mm，待涂抹層自然干燥后，安裝澆注系統(tǒng)，涂上耐火材料，待其在45°C的干燥爐內(nèi)烤干后用35目的干石英砂進(jìn)行消失模造型；
(4)將用現(xiàn)有技術(shù)熔煉好的基體合金鋼鋼液在溫度為1500°C時(shí)澆入消失模模型型腔內(nèi)，澆注速度為4kg/s，注滿為止，待其自然冷卻后，取出鑄件，清理鑄件表面的消失模涂料及其表面的氧化皮，即得到原位生成Laves相增強(qiáng)合金鋼基表面復(fù)合材料。實(shí)施例3:
(1)原位生成Laves相的預(yù)制備將金屬元素Cr和Ta粉按摩爾比2 1的比例混合，粉末粒徑都為200目，然后按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行機(jī)械合金化；
(2)在步驟(1)中預(yù)制備的Laves相中加入濃度為6%的聚乙烯醇，加入量為L(zhǎng)aves相重量百分比的4%，攪拌混合均勻；
(3)將聚苯乙烯泡沫用現(xiàn)有技術(shù)制備消失模模型，然后將步驟(2)中制備的混合料均勻涂抹在消失模模型零件的工作表面，涂抹厚度為5mm，待涂抹層自然干燥后，安裝澆注系統(tǒng)，涂上耐火材料，待其在50°C的干燥爐內(nèi)干燥后用40目的干石英砂進(jìn)行消失模造型；
(4)將用現(xiàn)有技術(shù)熔煉好的基體普通碳鋼鋼液在溫度為1550°C時(shí)澆入消失模模型型腔內(nèi)，澆注速度為m^g/s，注滿為止，待其自然冷卻池后，取出鑄件，清理鑄件表面的消失模涂料及其表面的氧化皮，即得到原位生成Laves相增強(qiáng)普通碳鋼基表面復(fù)合材料。實(shí)施例4:
(1)原位生成Laves相的預(yù)制備按2:1的摩爾比，將Cr粉與Ti、Nb金屬粉混合，粉末粒徑都為100目，然后按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行機(jī)械合金化；
(2)在步驟(1)中預(yù)制備的Laves相中加入濃度為6%的聚乙烯醇，加入量為L(zhǎng)aves相重量百分比的2%，攪拌混合均勻；
(3)將聚苯乙烯泡沫用現(xiàn)有技術(shù)制備消失模模型，然后將步驟(2)中制備的混合粉料均勻涂抹在消失模模型零件的工作表面，涂抹厚度為2mm，待涂抹層自然干燥后，安裝澆注系統(tǒng)，涂上耐火材料，待其在40°C的干燥爐內(nèi)烤干后用30目的干石英砂消失模造型；
(4)將用現(xiàn)有技術(shù)熔煉好的高錳鋼鋼液在溫度為1450°C時(shí)澆入消失模模型型腔內(nèi)，澆注速度為3kg/s，注滿為止，待其自然冷卻后，取出鑄件，清理鑄件表面的消失模涂料及其表面的氧化皮，即得到原位生成Laves相增強(qiáng)高錳鋼基表面復(fù)合材料。實(shí)施例5:
(1)原位生成Laves相的預(yù)制備按2:1的摩爾比，將Cr粉與Ti、Ta金屬粉混合，粉末粒徑都為150目，然后按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行機(jī)械合金化；
(2)在步驟(1)中預(yù)制備的Laves相中加入濃度為6%的聚乙烯醇，加入量為L(zhǎng)aves相重量百分比的3%，攪拌混合均勻；
(3)將聚苯乙烯泡沫用現(xiàn)有技術(shù)制備消失模模型，然后將步驟(2)中制備的混合料均勻涂抹在消失模模型零件的工作表面，涂抹厚度為4mm，待涂抹層自然干燥后，安裝澆注系統(tǒng)，涂上耐火材料，待其在45°C的干燥爐內(nèi)烤干后用35目的干石英砂進(jìn)行消失模造型；
(4)將用現(xiàn)有技術(shù)熔煉好的基體合金鋼鋼液在溫度為1500°C時(shí)澆入消失模模型型腔內(nèi)，澆注速度為4kg/s，注滿為止，待其自然冷卻后，取出鑄件，清理鑄件表面的消失模涂料及其表面的氧化皮，即得到原位生成Laves相增強(qiáng)合金鋼基表面復(fù)合材料。實(shí)施例6
(1)原位生成Laves相的預(yù)制備按2:1的摩爾比，將Cr粉與Nb、Ta金屬粉混合，粉末粒徑都為200目，然后按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行機(jī)械合金化；
(2)在步驟(1)中預(yù)制備的Laves相中加入濃度為6%的聚乙烯醇，加入量為L(zhǎng)aves相重量百分比的4%，攪拌混合均勻；
(3)將聚苯乙烯泡沫用現(xiàn)有技術(shù)制備消失模模型，然后將步驟(2)中制備的混合料均勻涂抹在消失模模型零件的工作表面，涂抹厚度為5mm，待涂抹層自然干燥后，安裝澆注系統(tǒng)，涂上耐火材料，待其在50°C的干燥爐內(nèi)干燥后用40目的干石英砂進(jìn)行消失模造型；
(4)將用現(xiàn)有技術(shù)熔煉好的基體普通碳鋼鋼液在溫度為1550°C時(shí)澆入消失模模型型腔內(nèi)，澆注速度為m^g/s，注滿為止，待其自然冷卻池后，取出鑄件，清理鑄件表面的消失模涂料及其表面的氧化皮，即得到原位生成Laves相增強(qiáng)普通碳鋼基表面復(fù)合材料。實(shí)施例7:
(1)原位生成Laves相的預(yù)制備按2:1的摩爾比，將Cr粉與Ti、Nb、Ta金屬粉混合， 粉末粒徑都為100目，然后按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行機(jī)械合金化；
(2)在步驟(1)中預(yù)制備的Laves相中加入濃度為6%的聚乙烯醇，加入量為L(zhǎng)aves相重量百分比的2%，攪拌混合均勻；
(3)將聚苯乙烯泡沫用現(xiàn)有技術(shù)制備消失模模型，然后將步驟(2)中制備的混合粉料均勻涂抹在消失模模型零件的工作表面，涂抹厚度為2mm，待涂抹層自然干燥后，安裝澆注系統(tǒng)，涂上耐火材料，待其在40°C的干燥爐內(nèi)烤干后用30目的干石英砂消失模造型；
(4)將用現(xiàn)有技術(shù)熔煉好的高錳鋼鋼液在溫度為1450°C時(shí)澆入消失模模型型腔內(nèi)，澆注速度為3kg/s，注滿為止，待其自然冷卻后，取出鑄件，清理鑄件表面的消失模涂料及其表面的氧化皮，即得到原位生成Laves相增強(qiáng)高錳鋼基表面復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種原位生成Laves相增強(qiáng)鋼基表面復(fù)合材料的制備方法，其特征在于具體步驟如下(1)原位生成Laves相的制備按一定的摩爾比，將Laves相二元金屬粉末混合，然后按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行機(jī)械合金化；(2)在步驟(1)制備的Laves相中加入普通粘合劑并攪拌混合均勻；(3)以聚苯乙烯泡沫制備零部件的消失模模型，然后將步驟(2)制備的混合料均勻涂抹在消失模模型表面，待涂抹層自然干燥后，安裝澆注系統(tǒng)，涂上耐火材料，待其在一定溫度下干燥后用干石英砂造型；(4)熔煉零部件基體金屬液，并在其常規(guī)澆注溫度下，澆入步驟(3)制備的模型型腔內(nèi)， 注滿為止，待其自然冷卻后，取出鑄件進(jìn)行清理，在零部件表面即原位生成Laves相高溫耐磨層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位生成Laves相增強(qiáng)鋼基表面復(fù)合材料的制備方法，其特征在于=Laves相二元金屬粉末為Cr與R組成的混合物，R為T(mén)i、Nb、Ta中的一種或任意幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的原位生成Laves相增強(qiáng)鋼基表面復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于Cr與R的摩爾比為2:1，金屬粉末的粒徑為100 200目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的原位生成Laves相增強(qiáng)鋼基表面復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于添加的常規(guī)粘合劑是濃度為6%的普通聚乙烯醇，加入量為L(zhǎng)aves相重量的2 4%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的原位生成Laves相增強(qiáng)鋼基表面復(fù)合材料的制備方法，其特征在于涂抹在消失模模型表面的混合料涂抹的厚度為2 5mm，造型用石英砂為 30 40目。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的原位生成Laves相增強(qiáng)鋼基表面復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于增強(qiáng)鋼基體金屬為普通高錳鋼、合金鋼或碳鋼，熔煉好的基體鋼水液在溫度為 1450 1550°C時(shí)澆入模型型腔內(nèi)，澆注速度為3 ^ig/s。
7.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的原位生成Laves相增強(qiáng)鋼基表面復(fù)合材料的制備方法，其特征在于耐火材料在40 50°C條件下干燥。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種原位生成Laves相增強(qiáng)鋼基表面復(fù)合材料的制備方法，屬于金屬耐磨材料技術(shù)領(lǐng)域。對(duì)混合金屬元素粉末進(jìn)行機(jī)械合金化，然后與粘結(jié)劑進(jìn)行混合，涂抹到零件的鑄型工作表面上，澆注鋼液，冷卻脫型清理后即制成原位生成的Laves相增強(qiáng)鋼基表面復(fù)合材料。該工藝制備的表面復(fù)合材料，充分發(fā)揮了Laves相的高溫耐磨性和鋼的良好韌性，調(diào)控方便，工藝可靠，解決了表面復(fù)合材料反應(yīng)不完全，增強(qiáng)相顆粒分布不均勻，增強(qiáng)相界面污染等難題，可廣泛得應(yīng)用在鋼材、冶金、煤炭、建材和電力等高溫耐磨領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B22D19/14GK102274950SQ20111024847
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者周榮, 宋群玲, 李祖來(lái), 蔣業(yè)華, 陳志輝 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)