一种钢基SIC陶瓷颗粒复合材料的制备方法.pdf

本发明公开了一种钢基SiC颗粒铸渗复合材料的制备方法，该方法先制备合金粉，然后将合金粉与SiC颗按比例经粘结剂制成碳化硅膏块，填加于消失模模样相应于零件的磨损面，然后在负压状态下进行浇铸，通过铸渗复合，在磨损工件磨损位置制备具有一定厚度的耐磨复合层，使材料磨损面一定厚度内获得烧结良好的复合层。采用本发明的方法制备的钢表面陶瓷复合材料，耐磨表面减少磨损，提高耐磨性，提高寿命。工艺简单，适用性强，可广泛应用于冶金、矿山、建材等诸多行业。

1.  一种钢基SiC颗粒铸渗复合材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤一，选用粒度为500～600目的Ti粉和C粉按1∶1的重量比例混合，放入研钵内研磨约2h，使之混合均匀，得到合金粉；
步骤二，将清洗过的SiC颗粒与粘结剂按比例充分混匀，加入合金粉搅拌制成碳化硅膏块，其中，SiC颗粒占体积比40％，合金粉占体积比55％，粘结剂占体积比5％；
步骤三，在消失模模样相应于零件的磨损面填加碳化硅膏块；
步骤四，浇铸系统之间使用聚醋酸乙烯乳液进行粘结，粘结浇铸系统后对消失模模样进行表面耐火涂料的刷涂，涂料中含有Si₂O颗粒，共涂覆三次，每次涂覆后自然风干1.5～2h，最终的涂层厚度为0.6～1mm；
步骤五，将消失模模样埋入干砂中，振实后在负压状态下浇铸；浇铸用钢液选用ZG35钢，控制钢水的浇注温度维持在1550℃～1600℃，浇注时间为8s；浇铸完成后继续抽气5min后关掉真空泵，过3小时后开箱，将铸件从沙箱中取出，经冷却、落砂、清理后即获得烧结的钢基SiC颗粒复合材料。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粘结剂选择硅溶胶。

3.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的消失模模样选择聚苯乙烯泡沫。

一种钢基SiC陶瓷颗粒复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于金属基复合材料技术领域，特别涉及一种铸造钢基SiC陶瓷颗粒复合材料的制备方法。
背景技术
随着现代工业的发展，生产的连续性和自动化水平日益提高，由于磨损而造成的经济损失也越来越大。此外，有些情况下，为了适应复杂的磨损工况，耐磨件不仅要求表层区域具有高硬度抗切削磨损，也要求其基体具有高韧性，以适应磨损条件下常伴随的冲击载荷。而单一材料很难满足上述性能要求，于是表面强化技术在解决上述矛盾方面显示出了明显的优越性。在耐磨材料领域，由于良好的高温性能，金属基复合材料愈来愈受到关注，并且以轻金属为基的复合材料的制备工艺研究已经比较成熟，并在某些领域开始应用。如铝基复合材料在汽车中的应用等。但是由于工作温度不高(如Al)或价格昂贵(如Ti，Mg)无法在民用工业中普及应用。另外，以Co，Ni和一些金属间化合物为基的耐高温复合材料，也由于成本太高而受到限制。于是钢铁基复合材料成为了一个新的热点。钢铁基复合材料的工作温度高，同时具有良好的耐磨性和导热性，是比较理想的高温耐磨材料；另一方面，钢铁基复合材料的研制可以利用现有的比较成熟的钢铁冶炼设备和工艺，既可以缩短研究进程，又可以降低生产成本。因此，钢铁基复合材料的研究是很有发展前途的。
铸渗复合是在铸件凝固过程中利用凝固余热使铸件在复合区域形成具有特殊组织和性能的复合材料的技术。它是可以将材料复合与零件成型两种工艺同时进行的一种高效复合改性技术，由于其不需要专门设备，复合层性能均匀，生产工艺简便，成本低廉等优点，是众多材料强化技术中独特抗磨粒磨损材料开发的实用技术，多年来一直受到人们的重视。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种钢基SiC陶瓷颗粒复合材料的制备方法，该方法制备的铸造钢基陶瓷颗粒复合材料是通过铸渗复合，在磨损工件磨损位置制备具有一定厚度的耐磨复合层，使材料磨损面一定厚度内获得烧结良好的复合层。
为了实现上述任务，本发明采取如下技术解决方案：
一种钢基SiC颗粒铸渗复合材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤一，选用粒度为500～600目的Ti粉和C粉按1∶1的重量比例混合，放入研钵内研磨约2h，使之混合均匀，得到合金粉；
步骤二，将清洗过的SiC颗粒与粘结剂按比例充分混匀，加入合金粉搅拌制成碳化硅膏块，其中SiC颗粒占体积比40％，合金粉占体积比55％，粘结剂占体积比5％；
步骤三，在消失模模样相应于零件的磨损面填加碳化硅膏块；
步骤四，消失模模样与浇铸系统之间使用聚醋酸乙烯乳液进行粘结，粘结浇铸系统后对消失模模样进行表面耐火涂料的刷涂，涂料中含有Si₂O颗粒，共涂覆三次，每次涂覆后自然风干1.5～2h，最终的涂层厚度为0.6～1mm；
步骤五，将消失模模样埋入干砂中，振实后在负压状态下浇铸；浇铸用钢液选用ZG35钢，控制钢水的浇注温度维持在1550℃～1600℃，浇注时间为8s；浇铸完成后继续抽气一段时间后关掉真空泵，过3小时后开箱，将铸件从沙箱中取出，经冷却、落砂、清理后即获得烧结的钢基SiC颗粒复合材料。
采用本发明的方法制备的铸造钢表面陶瓷复合材料，耐磨表面减少磨损，提高耐磨性，提高寿命。工艺简单，适用性强，可广泛应用于冶金、矿山、建材等诸多行业。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2是模样尺寸及填充位置示意图，图中所标尺寸的单位为mm。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
本发明引入了燃烧合成反应，就是把SHS技术和传统的铸造技术相结合，进行SiC颗粒在钢基材料表面的铸渗，就是将包含有原始粉末混匀后压制成坯，放在铸型的一定部位，浇入熔融的金属液，利用它的热量使预制铸渗涂层发生SHS反应，利用SHS技术的高放热性能，提高金属凝固过程的温度场，使金属保持液态的时间增长，有利于母液对陶瓷颗粒的铸渗，同时使铸渗区能生成一些新的硬质相(如TiC等)，这样就在基体(金属液凝固后)表面上形成分布均匀，与基体烧结良好的增强相。既保持了铁基体良好的塑韧性能，也增强了材料的磨损性能，从而获得综合性能优良的钢铁基陶瓷颗粒复合材料。对耐磨复合材料的发展应用重要的意义。
本发明力求使得铸渗复合工艺简单化、成本最小化，并最终实现其在各种磨损工况下的实际应用。
参见图1，按照本发明的技术方案，首先进行合金膏块的预制，然后切割消失模模样，在模样待复合位置放置膏块，按照常规消失模铸造工艺进行涂料涂覆和造型，浇铸时控制真空度、浇注温度和冷却时间，经脱型，清理即可得到烧结的钢基SiC颗粒复合材料。
以下是发明人给出的实施例，本发明不限于该实施例，在本发明给出的范围内，均能制造出烧结良好的钢基SiC陶瓷颗粒复合材料。
实施例：
选用粒度为500～600目的Ti粉和C粉按1∶1的重量比例混合，放入研钵内研磨约2h，使之混合均匀。
通过涂覆试验确定合金粉的加入体积与SiC颗粒体积的比例见表1，由此可分别计算出表面涂覆合金粉的量并称取备用。
将清洗过的SiC颗粒与粘结剂按比例充分混匀加入合金粉搅拌，使颗粒表面与合金粉结合紧密，制成碳化硅膏块。
将碳化硅膏块置于清洁的陶瓷盘内，放入烘干房内在70℃的温度下烘干24h，整个碳化硅膏块干燥均匀，碳化硅膏块制成尺寸为60×30×5mm备用。
本实施例中，粘结剂选择硅溶胶。
表1加入合金粉的预置涂层各成分所占体积比

然后将经过合金化处理的碳化硅膏块固定于60×30×25mm的聚苯乙烯泡沫模样上的预制位置。具体模样尺寸、碳化硅膏块添加位置见图2。
消失模模样与浇铸系统之间使用聚醋酸乙烯乳液(白乳胶)进行粘结。
粘结浇铸系统后对模样进行表面耐火涂料的刷涂工作，本实施例所选用的涂料中所含Si₂O颗粒为80目，共涂覆三次，每次涂覆后自然风干1.5～2h，最终涂层厚度为0.6～1mm。
然后将消失模模样埋入干砂中，振实后在负压状态下浇铸。
浇铸用钢液选用ZG35钢，本实施例采用20公斤，经中频感应加热炉熔炼ZG35钢块，在钢水温度达到1600℃时进行浇注。浇注时应使液流平稳、缓慢的流入浇道中，避免出现紊流、夹渣、气孔等缺陷，影响试样质量。浇注时间为8s，浇铸完成后继续抽气5min后关掉真空泵，再过3小时后开箱，铸型经冷却、脱型、清理后在原放置SiC颗粒膏块的位置获得了与金属基体烧结良好、颗粒保存较完整且分布均匀的钢基陶瓷颗粒复合层。