一種多晶剛玉復(fù)相材料的生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多晶剛玉復(fù)相材料的生產(chǎn)工藝，具體步驟為通過鑄造飛灰、不銹鋼鑄造回收微粉和鈦合金熔煉飛濺回收的鈦合金粉形成微晶核、采用特殊的天然鋁礬土熔煉形成剛玉晶相、添加金屬材料進(jìn)行熔煉預(yù)處理以及材料的熔鑄。本發(fā)明可以制備不同脆韌性的多晶剛玉復(fù)合材料，具有顯著高硬度高韌性特點(diǎn)和卓越的摩擦學(xué)性能，在耐磨、抗沖擊材料領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。
【專利說明】
—種多晶剛玉復(fù)相材料的生產(chǎn)工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于陶瓷-金屬復(fù)合材料領(lǐng)域，特別是涉及一種多晶剛玉復(fù)相材料的生產(chǎn)工藝，包括形成微晶核和剛玉主晶相，熔煉預(yù)處理以及材料的熔鑄。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代材料制造業(yè)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，礬土資源和質(zhì)量越來越受關(guān)注，特別是優(yōu)質(zhì)礬土資源面臨枯竭的狀況，使得熔煉剛玉材料的原料面臨困境。發(fā)展新型的高功能高硬度高韌性的耐磨材料，替代以消耗礬土資源和能源的白剛玉和棕剛玉品種，成為材料研究的潛在趨勢。一些功能與結(jié)構(gòu)一體化的新型材料，如拓?fù)潼c(diǎn)陣材料、laves結(jié)構(gòu)材料等，因其顯著的高硬度和卓越的韌性以及摩擦學(xué)性能而吸引了國外諸多學(xué)者的研究。它們要求的理論組成與中國廢棄的低質(zhì)量礬土資源的成分組成相近，均由A1203、S12, Fe2O3和T12形成的高硬高硬相，達(dá)到剛玉的硬度和磨削性能。目前尚未有直接生產(chǎn)方法的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對優(yōu)質(zhì)礬土資源面臨枯竭、使得熔煉剛玉材料的原料面臨困境的狀況，以及冶煉能耗成本高等問題，提出一種具有高功能、高硬度、高韌性的耐磨材料微晶增強(qiáng)多晶剛玉復(fù)相材料。
[0004]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種多晶剛玉復(fù)相材料的生產(chǎn)工藝，有如下步驟組成:
[0006](I)、微晶核熔體的準(zhǔn)備
[0007]a、原料混合，將主要成分為氧化鋁的鑄造飛灰、含有Cr元素的不銹鋼鑄造回收微粉和鈦合金熔煉飛濺回收的鈦合金粉，按照1.5?1.8: I?1.5: 0.3?0.5的比例混合，在機(jī)械混粉機(jī)中攪拌30min使其均勻；
[0008]b、熔煉，將步驟a中混合均勻的原料轉(zhuǎn)移至立式微晶熔煉爐中熔煉，控制溫度1780?1960°C，熔煉條件下按原料總質(zhì)量的I?5%添加氮化釩合金，熔煉3?5h ;
[0009]C、微晶核熔體的形成，將步驟b中熔體傾倒進(jìn)冷凝容器，快速降溫至1500°C，形成微晶核熔體，熔體在半固態(tài)狀態(tài)下備用；
[0010](2)、剛玉主晶相熔體的準(zhǔn)備，將天然高鋁礬土加入大型熔煉爐，在1700?2300°C熔煉熔融，熔煉條件下按原料總質(zhì)量的I?5%添加氮化釩合金，熔煉3?5h，形成剛玉主晶相熔體；
[0011](3)熔體混合處理，將步驟(I)中形成的微晶核熔體加入含有剛玉主晶相熔體的大型熔煉爐，加入比例占整個(gè)熔體體積的15?45%，調(diào)節(jié)溫度到1550?1850°C，充分混均后，保溫50min以上；
[0012](4)、熔鑄，將上述步驟⑶中混合熔體控制結(jié)晶I?12小時(shí)，澆鑄到帶有冷卻裝置的金屬模具中進(jìn)行熔鑄，冷卻后得到多晶剛玉復(fù)相材料。
[0013]作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述步驟(I)可同時(shí)加入原料總質(zhì)量的1.5?9%的鋁鉻渣。
[0014]進(jìn)一步的，所述的微晶核熔體是拓?fù)涿芏严啵瑒傆裰骶嗳垠w是剛玉以及其他少量鋁鐵氧系高硬相。
[0015]進(jìn)一步的，所述熔鑄方式為常壓鑄造，負(fù)壓鑄造，差壓鑄造，重力-電磁場鑄造以及負(fù)壓-電磁場鑄造的任意一種。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供了一種具有l(wèi)aves相的高硬度和高韌性結(jié)構(gòu)的多晶剛玉復(fù)合材料，這類材料是在微晶基體的結(jié)構(gòu)上，形成大量的laves相，起到增強(qiáng)剛玉主晶相的功能。使用鑄造飛灰和回收微粉、鈦合金粉的回收原料和天然低擋鋁礬土，屬于循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。高含量的鋁、鈮、釩、鈦、氮合金材料引入熔鑄工藝環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)微晶晶核的發(fā)育和再形核，并誘導(dǎo)剛玉主晶相在微晶基體組織中發(fā)育完整，同時(shí)起到晶粒細(xì)化、晶界強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化的作用，大大提高了材料的的韌性和硬度。多晶剛玉復(fù)合材料兼具陶瓷耐高溫耐磨損耐腐蝕特性和金屬材料強(qiáng)韌性，可以把金屬材料的優(yōu)良韌性和剛玉的硬度結(jié)合起來，使其具有良好的磨削和摩擦性能，能夠長期承受很大的靜載荷和周期載荷，在航空、航天和交通材料領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景，特別在磨削和耐磨材料領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0017]圖1為多晶剛玉復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝流程圖
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1
[0019]一種多晶剛玉復(fù)相材料的生產(chǎn)工藝，有如下步驟組成:
[0020](I)、微晶核熔體的準(zhǔn)備
[0021]a、原料混合，將主要成分為氧化鋁的鑄造飛灰、含有Cr元素的不銹鋼鑄造回收微粉和鈦合金熔煉飛濺回收的鈦合金粉，按照1.5: I: 0.3的比例混合，在機(jī)械混粉機(jī)中攪拌30min使其均勻；
[0022]b、熔煉，將步驟a中混合均勻的原料轉(zhuǎn)移至立式微晶熔煉爐中熔煉，控制溫度1780°C，熔煉條件下按原料總質(zhì)量的I %添加含有氮化釩合金，熔煉5h，當(dāng)然上述熔煉溫度和時(shí)間可也以作適應(yīng)調(diào)整，例如將熔煉溫度調(diào)整為1850°C或1960°C，時(shí)間為3小時(shí)或4小時(shí)亦可以；
[0023]C、微晶核熔體的形成，將步驟b中熔體傾倒進(jìn)冷凝容器，快速降溫至1500°C，形成微晶核熔體，熔體在半固態(tài)狀態(tài)下備用；
[0024](2)、剛玉主晶相熔體的準(zhǔn)備，將天然高鋁礬土加入大型熔煉爐，在1700°C熔煉熔融，熔煉條件下按原料總質(zhì)量的I %添加氮化釩合金，熔煉5h，形成剛玉主晶相熔體，當(dāng)然上述熔煉溫度和時(shí)間可也以作適應(yīng)調(diào)整，例如將熔煉溫度調(diào)整為2000°C或2300°C，時(shí)間為3小時(shí)或4小時(shí)亦可以；
[0025](3)熔體混合處理，將步驟(I)中形成的微晶核熔體加入含有剛玉主晶相熔體的大型熔煉爐，加入比例占整個(gè)熔體體積的15%，調(diào)節(jié)溫度到1550°C或1650°C，充分混均后，保溫50min以上；
[0026](4)、熔鑄，將上述步驟(3)中混合熔體控制結(jié)晶5小時(shí)，澆鑄到帶有冷卻裝置的金屬模具中進(jìn)行常溫熔鑄，冷卻后得到多晶剛玉復(fù)相材料。
[0027]實(shí)施例2
[0028]一種多晶剛玉復(fù)相材料的生產(chǎn)工藝，有如下步驟組成:
[0029](I)、微晶核熔體的準(zhǔn)備
[0030]a、原料混合，將主要成分為氧化鋁的鑄造飛灰、含有Cr元素的不銹鋼鑄造回收微粉和鈦合金熔煉飛濺回收的鈦合金粉，按照1.5: I: 0.3的比例混合，同時(shí)加入原料總質(zhì)量的1.5%的鋁鉻渣，在機(jī)械混粉機(jī)中攪拌30min使其均勻；
[0031]b、熔煉，將步驟a中混合均勻的原料轉(zhuǎn)移至立式微晶熔煉爐中熔煉，控制溫度1780°C，熔煉條件下按原料總質(zhì)量的I %添加含有氮化釩合金，熔煉5h，當(dāng)然上述熔煉溫度和時(shí)間可也以作適應(yīng)調(diào)整，例如將熔煉溫度調(diào)整為1850°C或1960°C，時(shí)間為3小時(shí)或4小時(shí)亦可以；
[0032]C、微晶核熔體的形成，將步驟b中熔體傾倒進(jìn)冷凝容器，快速降溫至1500°C，形成微晶核熔體，熔體在半固態(tài)狀態(tài)下備用；
[0033](2)、剛玉主晶相熔體的準(zhǔn)備，將天然高鋁礬土加入大型熔煉爐，在1700°C熔煉熔融，熔煉條件下按原料總質(zhì)量的I %添加氮化釩合金，熔煉5h，形成剛玉主晶相熔體，當(dāng)然上述熔煉溫度和時(shí)間可也以作適應(yīng)調(diào)整，例如將熔煉溫度調(diào)整為2000°C或2300°C，時(shí)間為3小時(shí)或4小時(shí)亦可以；
[0034](3)熔體混合處理，將步驟(I)中形成的微晶核熔體加入含有剛玉主晶相熔體的大型熔煉爐，加入比例占整個(gè)熔體體積的15%，調(diào)節(jié)溫度到1550°C或1650°C，充分混均后，保溫50min以上；
[0035](4)、熔鑄，將上述步驟(3)中混合熔體控制結(jié)晶5小時(shí)，澆鑄到帶有冷卻裝置的金屬模具中進(jìn)行負(fù)壓熔鑄，冷卻后得到多晶剛玉復(fù)相材料。
[0036]實(shí)施例3
[0037]—種多晶剛玉復(fù)相材料的生產(chǎn)工藝，有如下步驟組成:
[0038](I)、微晶核熔體的準(zhǔn)備
[0039]a、原料混合，將主要成分為氧化鋁的鑄造飛灰、含有Cr元素的不銹鋼鑄造回收微粉和鈦合金熔煉飛濺回收的鈦合金粉，按照1.8: 1.5: 0.5的比例混合，在機(jī)械混粉機(jī)中攪拌30min使其均勻；
[0040]b、熔煉，將步驟a中混合均勻的原料轉(zhuǎn)移至立式微晶熔煉爐中熔煉，控制溫度1780°C，熔煉條件下按原料總質(zhì)量的5%添加含有氮化釩合金，熔煉5h，當(dāng)然上述熔煉溫度和時(shí)間可也以作適應(yīng)調(diào)整，例如將熔煉溫度調(diào)整為1850°C或1960°C，時(shí)間為3小時(shí)或4小時(shí)亦可以；
[0041]C、微晶核熔體的形成，將步驟b中熔體傾倒進(jìn)冷凝容器，快速降溫至1500°C，形成微晶核熔體，熔體在半固態(tài)狀態(tài)下備用；
[0042](2)、剛玉主晶相熔體的準(zhǔn)備，將天然高鋁礬土加入大型熔煉爐，在1700°C熔煉熔融，熔煉條件下按原料總質(zhì)量的5%添加氮化釩合金，熔煉5h，形成剛玉主晶相熔體，當(dāng)然上述熔煉溫度和時(shí)間可也以作適應(yīng)調(diào)整，例如將熔煉溫度調(diào)整為2000°C或2300°C，時(shí)間為3小時(shí)或4小時(shí)亦可以；
[0043](3)熔體混合處理，將步驟(I)中形成的微晶核熔體加入含有剛玉主晶相熔體的大型熔煉爐，加入比例占整個(gè)熔體體積的45%，調(diào)節(jié)溫度到1650°C或1750°C，充分混均后，保溫50min以上；
[0044](4)、熔鑄，將上述步驟(3)中混合熔體控制結(jié)晶8小時(shí)，澆鑄到帶有冷卻裝置的金屬模具中進(jìn)行差壓熔鑄，冷卻后得到多晶剛玉復(fù)相材料。
[0045]實(shí)施例4
[0046]—種多晶剛玉復(fù)相材料的生產(chǎn)工藝，有如下步驟組成:
[0047](I)、微晶核熔體的準(zhǔn)備
[0048]a、原料混合，將主要成分為氧化鋁的鑄造飛灰、含有Cr元素的不銹鋼鑄造回收微粉和鈦合金熔煉飛濺回收的鈦合金粉，按照1.8: 1.5: 0.5的比例混合，同時(shí)加入原料總質(zhì)量的9%的鋁鉻渣，在機(jī)械混粉機(jī)中攪拌30min使其均勻；
[0049]b、熔煉，將步驟a中混合均勻的原料轉(zhuǎn)移至立式微晶熔煉爐中熔煉，控制溫度1780°C，熔煉條件下按原料總質(zhì)量的5%添加含有氮化釩合金，熔煉5h，當(dāng)然上述熔煉溫度和時(shí)間可也以作適應(yīng)調(diào)整，例如將熔煉溫度調(diào)整為1850°C或1960°C，時(shí)間為3小時(shí)或4小時(shí)亦可以；
[0050]C、微晶核熔體的形成，將步驟b中熔體傾倒進(jìn)冷凝容器，快速降溫至1500°C，形成微晶核熔體，熔體在半固態(tài)狀態(tài)下備用；
[0051](2)、剛玉主晶相熔體的準(zhǔn)備，將天然高鋁礬土加入大型熔煉爐，在1700°C熔煉熔融，熔煉條件下按原料總質(zhì)量的5%添加氮化釩合金，熔煉5h，形成剛玉主晶相熔體，當(dāng)然上述熔煉溫度和時(shí)間可也以作適應(yīng)調(diào)整，例如將熔煉溫度調(diào)整為2000°C或2300°C，時(shí)間為3小時(shí)或4小時(shí)亦可以；
[0052](3)熔體混合處理，將步驟(I)中形成的微晶核熔體加入含有剛玉主晶相熔體的大型熔煉爐，加入比例占整個(gè)熔體體積的45%，調(diào)節(jié)溫度到1650°C或1750°C，充分混均后，保溫50min以上；
[0053](4)、熔鑄，將上述步驟(3)中混合熔體控制結(jié)晶8小時(shí)，澆鑄到帶有冷卻裝置的金屬模具中進(jìn)行重力-電磁場熔鑄，冷卻后得到多晶剛玉復(fù)相材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多晶剛玉復(fù)相材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于，有如下步驟組成: (1)、微晶核熔體的準(zhǔn)備 a、原料混合，將主要成分為氧化鋁的鑄造飛灰、含有Cr元素的不銹鋼鑄造回收微粉和鈦合金熔煉飛濺回收的鈦合金粉，按照1.5?1.8: I?1.5: 0.3?0.5的比例混合，在機(jī)械混粉機(jī)中攪拌30min使其均勻； b、熔煉，將步驟a中混合均勻的原料轉(zhuǎn)移至立式微晶熔煉爐中熔煉，控制溫度1780?1960°C，熔煉條件下按原料總質(zhì)量的I?5%添加氮化釩合金，熔煉3?5h ; C、微晶核熔體的形成，將步驟b中熔體傾倒進(jìn)冷凝容器，快速降溫至1500°C，形成微晶核熔體，熔體在半固態(tài)狀態(tài)下備用； (2)、剛玉主晶相熔體的準(zhǔn)備，將天然高鋁礬土加入大型熔煉爐，在1700?2300°C熔煉熔融，熔煉條件下按原料總質(zhì)量的1-5%添加氮化釩合金，熔煉3?5h，形成剛玉主晶相熔體； (3)熔體混合處理，將步驟(I)中形成的微晶核熔體加入含有剛玉主晶相熔體的大型熔煉爐，加入比例占整個(gè)熔體體積的15?45%，調(diào)節(jié)溫度到1550?1850°C，充分混均后，保溫50min以上； (4)、熔鑄，將上述步驟(3)中混合熔體控制結(jié)晶I?12小時(shí)，澆鑄到帶有冷卻裝置的金屬模具中進(jìn)行熔鑄，冷卻后得到多晶剛玉復(fù)相材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多晶剛玉復(fù)相材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述步驟(I)中a可同時(shí)加入原料總質(zhì)量的1.5?9%的鋁鉻渣。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述多晶剛玉復(fù)相材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述的微晶核熔體是拓?fù)涿芏严?，剛玉主晶相熔體是剛玉以及其他少量鋁鐵氧系高硬相。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述多晶剛玉復(fù)相材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述熔鑄方式為常壓鑄造，負(fù)壓鑄造，差壓鑄造，重力-電磁場鑄造以及負(fù)壓-電磁場鑄造的任意一種。
【文檔編號】C22C1/10GK105886824SQ201410536175
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年10月13日
【發(fā)明人】呂鳳鳴, 鞏瀟然, 劉海松
【申請人】鄭州燁達(dá)高新材料有限公司