一种用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金及其制备工艺.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104264029 A (43)申请公布日 2015.01.07 CN 104264029 A (21)申请号 201410535131.X (22)申请日 2014.10.13 C22C 32/00(2006.01) C22C 30/00(2006.01) C22C 38/28(2006.01) C22C 33/02(2006.01) C22C 1/05(2006.01) (71)申请人 沈阳工业大学 地址 110870 辽宁省沈阳市经济技术开发区 沈辽西路 111 号 (72)发明人 韩阳 韩亚玲 张爱玲 张志涛 毛亚男 刘伟男 (74)专利代理机构 沈阳智龙专利。

2、事务所 ( 普通 合伙 ) 21115 代理人 宋铁军 周楠 (54) 发明名称 一种用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金及其制 备工艺 (57) 摘要 本发明涉及一种用于耐磨钢的纳米复合陶瓷 耐磨合金及其制备工艺， 该耐磨合金由陶瓷粉料 与金属粉料复合而成 ； 其中陶瓷粉料由纳米级的 WC、 TiC、 SiC、 Ce2O 及 Y2O3组成， 它们的重量之和 占耐磨合金总重量的638% ； 金属粉料为还原铁 粉、 镍 - 铬粉、 锰、 铝、 镁粉料混合而成， 加入量占 耐磨合金总重量的 62 94% ； 通过混合、 制坯、 氧 化和烧结等工序制成耐磨合金。本发明解决了耐 磨钢部件服役寿命短的技术难题 。

3、； 同时也可以减 少耐磨钢的消耗。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 8 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书8页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104264029 A CN 104264029 A 1/1 页 2 1. 一种用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金， 其特征在于 ： 该耐磨合金由纳米级陶瓷粉料 与多种金属粉料复合制备而成 ； 纳米级陶瓷粉料占耐磨合金总重量的 6 38%， 金属粉料占 耐磨合金总重量的 62 94%。 2. 根据权利要求 1 所述的用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金， 其特征在于 ： 所述的。

4、纳米 陶瓷粉料由纳米级的 WC、 TiC、 SiC、 Ce2O、 Y2O3组成， 纳米陶瓷粉的颗粒尺寸为 80 500nm ； 它们的重量之和占耐磨合金总重量的638%， 它们的重量比例关系为 ： WC ： TiC ： SiC ： Ce2O ： Y2O3= 1 ：（0.05 0.15） ：（0.03 0.32） ：（0.01 0.25） ：（0.01 0.15） ； 其中 ： WC 中允 许有 5% 的游离碳元素 ； TiC 颗粒尺寸小于 0.5m ； WC、 SiC、 Ce2O、 Y2O3粉料的颗粒尺寸均为 纳米级。 3. 根据权利要求 1 所述的用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金， 其特征在于 。

5、： 所述的金 属粉料为还原铁粉、 镍 - 铬复合粉、 锰粉、 铝粉、 镁粉混合而成， 加入量占耐磨合金总重量 的 62 94% ； 混合的金属粉料的质量比为还原铁粉 ： 镍 - 铬复合粉 ： 铝粉 ： 锰粉 ： 镁粉 1: （0.35 0.75） ： 0.01 ： 0.01 ： 0.005。 4. 根据权利要求 1、 2 或 3 所述的用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金， 其特征在于 ： 制得 的耐磨合金密度为 6.25 8.69g/cm3， 熔点为 1450 1580。 5. 一种如权利要求 1 所述的用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金的制备工艺， 其特征在 于 ： 该工艺步骤如下 ： （1） 首先制备。

6、一种胶液， 所用原料为聚乙烯醇缩丁醛与无水乙醇， 其比例为 1 升无水乙 醇加入 25 45 克聚乙烯醇缩丁醛 ； 按上述比例取各种原料 ； 取纳米级陶瓷粉料 WC、 TiC、 SiC、 Ce2O、 Y2O3， 与一定量的无水乙醇混合， 在无水乙醇中搅拌成为悬浮液状态， 用超声波分 散成单颗粒状态， 将其倒入预先配制好的胶液中， 开始时缓慢搅拌， 然后将其它金属粉料加 入到搅拌器中， 加料的顺序是 ： 先加入密度较小的金属粉， 后加入高密度金属， 然后快速搅 拌 8 20 小时 ； 取出料浆在真空条件下干燥， 再通过球磨和筛分， 得到混合均匀的粉料 ； 将 粉料压制成坯体 ； （2） 将该坯体。

7、做排塑处理， 即利用普通电炉， 在空气条件下将坯体加热到 200 600 之间， 保温 60 300 分钟， 使金属颗粒表面形成一层氧化膜， 同时排出胶体聚乙烯醇缩丁 醛 ； （3） 然后对坯体进行烧结， 烧结是在气氛保护条件下完成， 保护气体为氩气或氮气， 烧 结温度为 900 1350， 保温 30 240 分钟， 烧结后将烧结体制成粉末， 即为耐磨合金成 品。 6. 根据权利要求 5 所述的用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金的制备工艺， 其特征在于 ： 在纳米级陶瓷粉料配制的胶液中， 开始时缓慢搅拌的转速是 80 120 转 /min ； 加入全部金 属粉料后， 将搅拌机转速调到 300 60。

8、0 转 /min。 7. 根据权利要求 5 所述的用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金的制备工艺， 其特征在于 ： 无水乙醇用量由粉料密度决定， 一般每 100g 粉料加入无水乙醇 150 300ml。 8. 根据权利要求 5 所述的用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金的制备工艺， 其特征在于 ： 超声波震荡的时间为 15min， 震荡过程要求悬浮液液面不断溅起液滴。 权 利 要 求 书 CN 104264029 A 2 1/8 页 3 一种用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金及其制备工艺 技术领域 0001 本发明涉及一种用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金 （简称 ： 耐磨合金， 下同） 及其制 备工艺， 特别是一种用于。

9、耐磨钢中的新型合金和它的制备方法。 背景技术 0002 耐磨钢铸件在矿山、 建筑、 机械等领域起着重要作用。 每年因磨损导致材料产生巨 大消耗， 同时因耐磨工件服役寿命短、 频繁更换部件也使得成套设备效率大大降低。 普遍认 为 WC 对提高钢的耐磨性非常有效， 但因其密度比钢高出一倍而发生强烈偏析， 导致耐磨性 严重不均。 本发明把这种高耐磨性高密度的原料制成合金， 再把合金加入到铸钢件中， 通过 这种方式有效解决了偏析问题。本发明的产品耐磨合金， 将对提高铸钢件耐磨性产生 重要作用。 发明内容 0003 发明目的 本发明提供一种用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金及其制备工艺， 其目的是为了解决耐 。

10、磨钢部件服役寿命短的技术难题 ； 同时也可以减少耐磨钢的消耗。 0004 技术方案 本发明是通过以下技术方案来实现的 ： 一种用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金， 其特征在于 ： 该耐磨合金由纳米级陶瓷粉料与 多种金属粉料复合制备而成 ； 纳米级陶瓷粉料占耐磨合金总重量的 6 38%， 金属粉料占耐 磨合金总重量的 62 94%。 0005 所述的纳米陶瓷粉料由纳米级的 WC、 TiC、 SiC、 Ce2O、 Y2O3组成， 纳米陶瓷粉的颗粒 尺寸为 80 500nm ； 它们的重量之和占耐磨合金总重量的 6 38%， 它们的重量比例关系 为 ： WC ： TiC ： SiC ： Ce2O ： Y2。

11、O3= 1 ：（0.05 0.15） ：（0.03 0.32） ：（0.01 0.25） ：（0.01 0.15） ； 其中 ： WC 中允许有 5% 的游离碳元素 ； TiC 颗粒尺寸小于 0.5m ； WC、 SiC、 Ce2O、 Y2O3 粉料的颗粒尺寸均为纳米级。 0006 所述的金属粉料为还原铁粉、 镍 - 铬复合粉、 锰粉、 铝粉、 镁粉混合而成， 加入量占 耐磨合金总重量的 62 94% ； 混合的金属粉料的质量比为还原铁粉 ： 镍 - 铬复合粉 ： 铝粉 ： 锰粉 ： 镁粉 1:（0.35 0.75） ： 0.01 ： 0.01 ： 0.005。 0007 制得的耐磨合金密度为。

12、 6.25 8.69g/cm3， 熔点为 1450 1580。 0008 一种如上所述的用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金的制备工艺， 其特征在于 ： 该工 艺步骤如下 ： （1） 首先制备一种胶液， 所用原料为聚乙烯醇缩丁醛与无水乙醇， 其比例为 1 升无水乙 醇加入 25 45 克聚乙烯醇缩丁醛 ； 按上述比例取各种原料 ； 取纳米级陶瓷粉料 WC、 TiC、 SiC、 Ce2O、 Y2O3， 与一定量的无水乙醇混合， 在无水乙醇中搅拌成为悬浮液状态， 用超声波分 散成单颗粒状态， 将其倒入预先配制好的胶液中， 开始时缓慢搅拌， 然后将其它金属粉料加 说 明 书 CN 104264029 A 3。

13、 2/8 页 4 入到搅拌器中， 加料的顺序是 ： 先加入密度较小的金属粉， 后加入高密度金属， 然后快速搅 拌 8 20 小时 ； 取出料浆在真空条件下干燥， 再通过球磨和筛分， 得到混合均匀的粉料 ； 将 粉料压制成坯体 ； （2） 将该坯体做排塑处理， 即利用普通电炉， 在空气条件下将坯体加热到 200 600 之间， 保温 60 300 分钟， 使金属颗粒表面形成一层氧化膜， 同时排出胶体聚乙烯醇缩丁 醛 ； （3） 然后对坯体进行烧结， 烧结是在气氛保护条件下完成， 保护气体为氩气或氮气， 烧 结温度为 900 1350， 保温 30 240 分钟， 烧结后将烧结体制成粉末， 即为耐。

14、磨合金成 品。 0009 在纳米级陶瓷粉料配制的胶液中， 开始时缓慢搅拌的转速是 80 120 转 /min ； 加 入全部金属粉料后， 将搅拌机转速调到 300 600 转 /min。 0010 无水乙醇用量由粉料密度决定， 一般每 100g 粉料加入无水乙醇 150 300ml。 0011 超声波震荡的时间为 15min， 震荡过程要求悬浮液液面不断溅起液滴。 0012 优点及效果 本发明具有如下优点及有益效果 ： 通过本发明技术方案的实施， 能够解决传统的耐磨钢铸件中的耐磨相在显微组织中严 重偏析， 在服役过程中耐磨性和硬度严重不均匀等方面的问题。 0013 本发明的产品纳米复合耐磨合金。

15、使用方便， 在铸钢熔炼过程中加入钢水中即 可 ； 可为铸钢生产厂家产品提高耐磨性， 延长服役寿命， 降低成本。 0014 通过实验证实， 所制备的耐磨合金， 用在耐磨铸钢件上， 铸钢件的耐磨性超过目前 正在服役的工件 ； 如煤矿采煤机截齿， 将耐磨合金加在铸造的截齿体中， 有效提高了耐磨 性， 可以减少采煤机更换截齿的时间， 提高了工作效率。 附图说明 0015 图 1 为加入耐磨合金的铸钢样品场发射电镜图 ； 其中图 1（a） 为 WC 的分布图， 图 1（b） 为镍元素的分布图。 0016 图 2 为放大 6 万倍的铸钢样品的显微组织结构图。 具体实施方式 0017 下面结合附图对本发明做。

16、进一步的说明 ： 本发明目的是研究一种纳米复合耐磨合金材料， 使之具有与耐磨钢相近的熔点和密 度。当钢水熔化后， 将该耐磨合金加入并熔于耐磨钢中， 随后即可进行浇铸。由于减少了耐 磨部件制造过程中的强化处理工序， 因此有效降低了耐磨钢部件的成本。 在研究过程中， 必 须解决三个重要问题 ： 一是耐磨合金的熔点必须与耐磨钢的熔点相近， 如果熔点差异过大， 耐磨合金无法充分熔解， 影响钢的组织均匀性， 对提高耐磨性不利。 二是耐磨合金的密度必 须与耐磨钢的密度相近， 如果密度相差过大， 耐磨合金沉入钢水中或浮在钢水表面， 很难均 匀熔入钢水中， 凝固后将形成成分偏析， 导致耐磨性降低。 三是耐磨合。

17、金所有组元都不能影 响耐磨钢的工艺性能， 如果对熔炼或浇铸过程产生不良影响， 耐磨钢生产厂家就不愿意使 用， 将会影响该产品的推广。 说 明 书 CN 104264029 A 4 3/8 页 5 0018 本发明为一种用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金， 该耐磨合金由由纳米级陶瓷粉 料与多种金属粉料混合粉复合制备而成。所述的纳米陶瓷粉料由纳米级的 WC、 TiC、 SiC、 Ce2O、 Y2O3组成， 纳米陶瓷粉的颗粒尺寸为 80 500nm ； 它们的重量之和占耐磨合金总重量 的 6 38%， 它们的重量比例关系为 ： WC ： TiC ： SiC ： Ce2O ： Y2O3= 1 ：（0.05 。

18、0.15） ：（0.03 0.32） ：（0.01 0.25） ：（0.01 0.15） ； 其中 ： WC 中有大约 5% 的游离碳元素 ； TiC 颗粒尺寸 小于 0.5m ； WC、 SiC、 Ce2O、 Y2O3粉料的颗粒尺寸均为纳米级。所述的金属粉料为还原铁粉、 镍 - 铬粉、 锰、 铝、 镁粉料混合而成， 加入量占耐磨合金总重量的 62 94% ； 铁、 镍 - 铬、 铝、 锰、 镁粉料混合的比例为还原铁粉 ： 镍 - 铬粉 ： 铝粉、 锰粉、 镁粉 1:（0.35 0.75） ： 0.01 ： 0.01 ： 0.005。 0019 制得的耐磨合金密度为 6.25 8.69g/cm。

19、3， 熔点为 1450 1560。 0020 上述技术方案是通过大量的实验获得， 通过添加纳米陶瓷粉料、 不同熔点、 不同密 度的金属粉料， 使耐磨合金与耐磨钢的熔点相近、 密度相近。其中的镁、 铝粉料密度低， 可 以适当降低耐磨合金的密度 ； 在合成过程中这两种金属形成氧化物， 又具有良好的耐磨性 ； 合成过程还能放热， 促使合成工序顺利进行。 0021 本发明用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金的制备工艺， 该制备工艺按下述步骤进 行 ： 按设计的比例称取各原料， 首先采用聚乙烯醇缩丁醛 （代号为 PVB） + 无水乙醇以 1 升无 水乙醇加入 20 45 克 PVB 的比例配制具有一定黏度的胶状。

20、液体 ； 按预先设计的比例称取 纳米级陶瓷粉料 WC、 TiC、 SiC、 Ce2O、 Y2O3， 与一定量的无水乙醇混合， 在无水乙醇中搅拌成为 悬浮液状态， 用超声波分散成单颗粒状态 （超声波震荡的时间为 15min， 震荡过程要求悬浮 液液面不断溅起液滴） ， 将其倒入预先配制好的胶液中， 开始时缓慢搅拌 ； 然后将其它金属 粉料加入到搅拌器中， 加料的顺序是 ： 先加入密度较小的金属粉， 后加入高密度金属， 然后 快速搅拌820小时 ； 取出料浆在真空条件下干燥， 再通过球磨和筛分， 得到混合均匀的粉 料 ； 将粉料压制成坯体。将该坯体做排塑处理， 即利用普通电炉， 在空气条件下将坯体。

21、加热 到 200 600之间， 保温 60 300 分钟， 将加入的塑化剂胶体 （即聚乙烯醇缩丁醛） 排出 ； 同时使那些金属颗粒表面形成一层氧化膜。烧结是在气体保护条件下完成， 使用硅碳棒电 阻炉， 保护气体为氩气或氮气， 烧结温度为 900 1350， 保温 30 240 分钟。烧结结束后 采用粉碎和球磨方式将烧结体制成粉末， 即为耐磨合金成品。 0022 在纳米级陶瓷粉料配制的胶液中， 开始时缓慢搅拌的转速是 80 120 转 /min ； 加 入全部金属粉料后， 将搅拌机转速调到 300 600 转 /min。 0023 无水乙醇用量由粉料密度决定， 一般每 100g 粉料加入无水乙醇。

22、 150 300ml ； 密 度大的粉料加入无水乙醇时取下限， 密度小的粉料加入无水乙醇时取上限。 0024 实施例 1 ： 本发明是一种用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金， 该耐磨合金由纳米陶瓷粉料、 金属粉 料复合制备而成。配制的耐磨合金总重量为 5000g， 各种原料比例是 ： 纳米陶瓷粉料总重 量 1000g， 其中 WC ： TiC ： SiC ： Ce2O ： Y2O3的比值为 1:0.1:0.2:0.2:0.1， 后面四项重量之和为 375g ； 其余为纳米 WC 粉料。金属粉料中的比例为还原铁粉 ： 镍 - 铬复合粉 ： 铝粉、 锰粉、 镁 粉 1:0.5 ： 0.025（0.01+。

23、0.01+0.005） ； 其中铝、 锰、 镁粉料重量之和为 65.57g ； 还原铁粉 2622.95g， 镍 - 铬粉 1311.48g。 0025 制备工艺按下述步骤进行 ： 首先配置 “PVB+ 无水乙醇” 胶状溶液 ； 按设计比例称取 说 明 书 CN 104264029 A 5 4/8 页 6 纳米级陶瓷粉料 WC、 TiC、 SiC、 Ce2O 及 Y2O3， 与无水乙醇混合后用超声波分散成单颗粒状态， 每 100g 粉料加入无水乙醇 180ml， 然后将其倒入预先加了 “PVB+ 无水乙醇胶液” 的搅拌器 中缓慢搅拌，（转速不超过 120 转 /min） ； 然后加入其它金属粉。

24、料， 再将搅拌机转速调到 300 转 /min 以上， 搅拌 12 小时。将料浆在真空条件下干燥、 球磨和筛分， 得到混合均匀的粉料 ； 将粉料压制成坯体。将该坯体置于普通电炉中做氧化处理， 即在有空气条件下将坯体加热 到 450， 保温 250min， 使那些金属颗粒表面形成一层厚度为纳米级的氧化膜。烧结是在氮 气保护条件下完成， 在1200烧结， 保温100分钟。 烧结结束后采用粉碎和球磨方式将块状 合金制成粉末， 即为耐磨合金成品。 0026 实施例 2 ： 本发明属于一种用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金， 该耐磨合金由纳米陶瓷粉料、 金属 粉料复合制备而成。配制的耐磨合金总重量为 5000。

25、g， 各种原料比例是 ： 纳米陶瓷粉料总重 量 1000g， 其中 WC ： TiC ： SiC ： Ce2O ： Y2O3的比值为 1: 0.15 : 0.25 : 0.25 : 0.15， 后面四 项重量之和为 444.44g ； 其余为纳米 WC 粉料。金属粉料中的比例为 ： 还原铁粉 ： 镍 - 铬复 合粉 ： 铝粉、 锰粉、 镁粉 1:0.7 ： 0.025（0.01+0.01+0.005） ； 其中铝、 锰、 镁粉料重量之和为 57.97g ； 还原铁粉 2318.84g， 镍 - 铬复合粉 1623.19g。 0027 制备工艺按下述步骤进行 ： 首先配置 “PVB+ 无水乙醇”。

26、 胶状溶液 ； 按设计比例称取 纳米级陶瓷粉料 WC、 TiC、 SiC、 Ce2O 及 Y2O3， 与无水乙醇混合后用超声波分散成单颗粒状态， 然后将其倒入预先加了 “PVB+无水乙醇胶液” 的容器中用搅拌器缓慢搅拌，（转速不超过120 转 /min） ； 然后加入其它金属粉料， 再将搅拌机转速调到 300 转 /min 以上， 搅拌 12 小时。将 料浆在真空条件下干燥、 球磨和筛分， 得到混合均匀的粉料 ； 将粉料压制成坯体。将该坯体 置于普通电炉中做氧化处理， 即在有空气条件下将坯体加热到 450， 保温 250min， 使那些 金属颗粒表面形成一层厚度为纳米级的氧化膜。烧结是在氮气保。

27、护条件下完成， 在 1200 烧结， 保温 100 分钟。烧结结束后采用粉碎和球磨方式将块状合金制成粉末， 即为耐磨合金 成品。 0028 实施例 3 ： 一种用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金， 该耐磨合金由由纳米级陶瓷粉料与多种金属粉 料混合粉复合制备而成。所述的纳米陶瓷粉料由纳米级的 WC、 TiC、 SiC、 Ce2O、 Y2O3组成， 纳 米陶瓷粉的颗粒尺寸为 80 500nm ； 它们的重量之和占耐磨合金总重量的 6%， 它们的重量 比例关系为 ： WC ： TiC ： SiC ： Ce2O ： Y2O3= 1 ： 0.05 ： 0.32 ： 0.01 ： 0.01 ； WC 中可有 5。

28、% 的游离碳 元素 ； TiC 颗粒尺寸小于 0.5m ； WC、 SiC、 Ce2O、 Y2O3粉料的颗粒尺寸均为纳米级。所述的 金属粉料为还原铁粉、 镍 - 铬粉、 锰、 铝、 镁粉料混合而成， 加入量占耐磨合金总重量的 94% ； 铁、 镍-铬、 铝、 锰、 镁粉料混合的比例为铁粉 ： 镍-铬粉 ： 铝粉、 锰粉、 镁粉1: 0.35 ： 0.01 ： 0.01 ： 0.005。 0029 上述耐磨合金的制备工艺如下 ： 首先制备胶液， 所用原料为聚乙烯醇缩丁醛与无 水乙醇， 其比例为 1 升无水乙醇加入 25 克聚乙烯醇缩丁醛 ； 按上述比例取各种原料 ； 取纳 米级陶瓷粉料 WC、 。

29、TiC、 SiC、 Ce2O、 Y2O3， 与一定量的无水乙醇混合， 在无水乙醇中搅拌成为悬 浮液状态， 用超声波分散成单颗粒状态， 将其倒入预先配制好的胶液中， 开始时缓慢搅拌， 然后将其它金属粉料加入到搅拌器中， 加料的顺序是 ： 先加入密度较小的金属粉， 后加入高 密度金属， 然后快速搅拌 8 小时 ； 取出料浆在真空条件下干燥， 再通过球磨和筛分， 得到混 说 明 书 CN 104264029 A 6 5/8 页 7 合均匀的粉料 ； 将粉料压制成坯体 ； （2） 将该坯体做排塑处理， 即利用普通电炉， 在空气条件下将坯体加热到 200之间， 保 温 300 分钟， 使金属颗粒表面形成。

30、一层氧化膜， 同时排出胶体聚乙烯醇缩丁醛 ； （3） 然后对坯体进行烧结， 烧结是在气氛保护条件下完成， 保护气体为氩气， 烧结温度 为 900， 保温 240 分钟， 烧结后将烧结体制成粉末， 即为耐磨合金成品。 0030 在纳米级陶瓷粉料配制的胶液中， 开始时缓慢搅拌的转速是 80 转 /min ； 加入全部 金属粉料后， 将搅拌机转速调到 300 转 /min。 0031 无水乙醇用量由粉料密度决定， 一般每 100g 粉料加入无水乙醇 150ml。 0032 实施例 4 ： 一种用于耐磨钢的纳米复合耐磨合金， 该耐磨合金由纳米级陶瓷粉料与多种金属粉料 混合粉复合制备而成。所述的纳米陶瓷。

31、粉料由纳米级的 WC、 TiC、 SiC、 Ce2O、 Y2O3组成， 纳米 陶瓷粉的颗粒尺寸为 80 500nm ； 它们的重量之和占耐磨合金总重量的 38%， 它们的重量 比例关系为 ： WC ： TiC ： SiC ： Ce2O ： Y2O3= 1 ： 0.1 ： 0.03 ： 0.1 ： 0.08 ； WC 中可有大约 5% 的游离碳 元素 ； TiC 颗粒尺寸小于 0.5m ； WC、 SiC、 Ce2O、 Y2O3粉料的颗粒尺寸均为纳米级。所述的 金属粉料为还原铁粉、 镍 - 铬粉、 锰、 铝、 镁粉料混合而成， 加入量占耐磨合金总重量的 62% ； 铁、 镍 - 铬、 铝、 锰、。

32、 镁粉料混合的比例为铁粉 ： 镍 - 铬粉 ： 铝粉、 锰粉、 镁粉 1:0.75 ： 0.01 ： 0.01 ： 0.005。 0033 上述耐磨合金的制备工艺如下 ： 首先制备胶液， 所用原料为聚乙烯醇缩丁醛与无 水乙醇， 其比例为 1 升无水乙醇加入 45 克聚乙烯醇缩丁醛 ； 按上述比例取各种原料 ； 取纳 米级陶瓷粉料 WC、 TiC、 SiC、 Ce2O、 Y2O3， 与一定量的无水乙醇混合， 在无水乙醇中搅拌成为悬 浮液状态， 用超声波分散成单颗粒状态， 将其倒入预先配制好的胶液中， 开始时缓慢搅拌， 然后将其它金属粉料加入到搅拌器中， 加料的顺序是 ： 先加入密度较小的金属粉，。

33、 后加入高 密度金属， 然后快速搅拌 20 小时 ； 取出料浆在真空条件下干燥， 再通过球磨和筛分， 得到混 合均匀的粉料 ； 将粉料压制成坯体 ； （2） 将该坯体做排塑处理， 即利用普通电炉， 在空气条件下将坯体加热到 600之间， 保 温 60 分钟， 使金属颗粒表面形成一层氧化膜， 同时排出胶体聚乙烯醇缩丁醛 ； （3） 然后对坯体进行烧结， 烧结是在气氛保护条件下完成， 保护气体为氩气或氮气， 烧 结温度为 1350， 保温 30 分钟， 烧结后将烧结体制成粉末， 即为耐磨合金成品。 0034 在纳米级陶瓷粉料配制的胶液中， 开始时缓慢搅拌的转速是 120 转 /min ； 加入全 。

34、部金属粉料后， 将搅拌机转速调到 600 转 /min。 0035 无水乙醇用量由粉料密度决定， 一般每 100g 粉料加入无水乙醇 300ml。 0036 实施例 5 ： 制备胶液时 1 升无水乙醇加入 35 克聚乙烯醇缩丁醛 ； 在纳米级陶瓷粉料配制的胶液 中， 开始时缓慢搅拌的转速是 100 转 /min ； 加入全部金属粉料后， 将搅拌机转速调到 400 转 /min ； 其他条件同实施例 3。 0037 用上述配方制得的耐磨合金物理性能如下 ： 制得的耐磨合金密度为 6.25 8.69g/cm3， 熔点为 1450 1560。 0038 关于耐磨合金是否可以有效提高耐磨钢的耐磨性， 。

35、需将该合金加入到铸钢件中， 检测耐磨钢样品的耐磨性能。如下实验例对耐磨钢的性能作了说明 ： 说 明 书 CN 104264029 A 7 6/8 页 8 实验例 1 铸造过程耐磨合金的使用方法 ： 在 100kg 的感应电炉中进行铸造熔炼实验。铸钢的基 体成分比照 40CrNi2Mo 进行配料， 分别加入耐磨合金 3%， 5% 和 8% 三个方案。采用如下添加 方法 ： 按照正常工艺熔炼钢水， 待完全熔融后除渣， 再将本发明的耐磨合金加到电炉中， 然后 提高温度 30 50后， 使耐磨合金完全熔化 ； 待熔化均匀后进行浇铸， 冷却后即得到铸钢 样品。 0039 铸钢件样品编号规则是 ： 在耐磨。

36、钢中添加了本说明书中实施例 1 所制备的耐磨合 金， 耐磨钢的编号分别为 A1-2、 A1-5， A1-8 ； 在耐磨钢中添加了本说明书中实施例 2 所制备 的耐磨合金， 耐磨钢的编号分别为 A2-2、 A2-5， A2-8。即字母 A 后的数字 “1” 和 “2” 分别代 表的是实施例 1 和实施例 2 制备的合金 ； 最后一位数字分别代表耐磨合金的加入量。 0040 铸造工艺基本没有发生变化， 没有对铸钢操作增加任何麻烦， 满足铸钢生产工艺 要求。具有适用性。 0041 实验例 2 对耐磨钢耐磨性作检测。 实验用样品有6个 ； 为了验证耐磨性， 特意用山西某煤矿正在 服役的 2 个截齿 （。

37、型号分别为 U82 型和 U95 型， 简记为 U1 和 U2） 作对比试验 ： 一组是在实验例 1 中加入实施例 1 配方所浇铸的耐磨钢样品 A1-2、 A1-5， A1-8 三个样 品 ； 二组是在实验例 1 中加入实施例 2 配方所浇铸的耐磨钢样品 A2-2、 A2-5， A2-8 三个样 品。 0042 三是山西某煤矿正在服役的 2 个截齿 ： 试样编号为分别为 U1 和 U2。 0043 实验过程 ： 将磨损试样切割成 602010mm 的长方体 ； 用 MLS-23 型湿砂橡胶轮 式磨损试验机， 最大正压力 23kg， 标准转速 240r/min ； 摩擦副为石英砂， 平均尺寸为 。

38、30 40 目 （0.546 0.385mm） 。磨损 5min 时和 30min 时分别称量样品的重量以计算磨损失重 量 ； 测量重量的天平精度为 0.1mg。测试结果如表 1 所示 ： 表 1 耐磨钢样品磨损实验数据表 说 明 书 CN 104264029 A 8 7/8 页 9 表 1 数据证明 ： 磨损 5min 后样品失重已经显示出一定的趋势， 即加入耐磨合金 8% 的样品 A1-8 具有小 的失重量 ； 比 U1、 U2 的失重要小。 0044 磨损 30min 后， 充分体现了加入耐磨合金的铸钢件的耐磨性， 从表 1 中看出， 加入 8% 的耐磨合金样品 A1-8， 其失重量比正。

39、在服役的截齿中 U2 低了 2.9759g， 相对失重减少了 74.86% ； 比另一正在服役的截齿中 U1 低了 2.1399g， 相对失重减少了 53.83% ； 即使是加入 耐磨合金为 5% 的样品， 其失重量均低于两个正在服役的截齿。综上所述， 加入耐磨合金为 5% 以上的所有 4 个铸钢样品的服役寿命， 均优于两个正在服役的截齿 ； 因此在采煤过程中 能够保持更长的服役寿命 ； 实验例 3 本发明的耐磨合金按照实验例 1 浇铸后的铸钢件样品的硬度进行分析。实验检测过程 如下 ： 将样品切割成 101010mm 的小立方体， 将其中对应的两面磨光 ； 利用布氏硬度计 进行检测， 每个样。

40、品检测 5 个点， 然后取平均值作为该样品的硬度。检测结果列于表 2 中。 0045 表 2 硬度检测结果 （HB） 说 明 书 CN 104264029 A 9 8/8 页 10 样品号 检测点个数平均值 备注 A1-85486.6排名第一 U15407排名第二 U25353.3排名第三 从表 2 中的数据来看， 铸钢件样品 A1-8 的硬度值最高， 达到了 486， 其数据远高于目前 正在服役的两个截齿的数据。表明， 使用了本发明的耐磨合金， 使钢的硬度有了一定的提 高。 0046 实验例 4 本发明的耐磨合金要解决的重要难题之一就是 ： 使陶瓷耐磨相颗粒均匀分布在铸钢的 组织中。本实施例。

41、利用场发射扫描电镜对铸造后的耐磨钢组织及其中的 WC 分步进行了分 析。其结果如图 1 和图 2 所示。 0047 图 1（a） 中是 WC 的成分分布图片 ； 图 1（b） 是镍元素分布图片， 图中白色的圆点 即为 WC 相颗粒存在的位置， 白色区域为镍元素颗粒的区域。可见碳化钨的分布相当均匀， 没有任何偏析现象发生。 0048 图2中， 将样品放大到6万倍后， 看到了取向各异、 尺寸均匀的片层状组织 ； 片层厚 度小于 10nm， 片层尺寸范围 100 300nm。图 2 表明， 所加入的纳米复合陶瓷耐磨相就熔于 各个片层之中。由此证明， 纳米 WC 颗粒已经均匀熔入钢的显微组织中。 0049 结论 ： 本发明将纳米 WC 制成耐磨合金， 以合金方式加入钢中的技术是成功的。 说 明 书 CN 104264029 A 10 1/1 页 11 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104264029 A 11 。