[发明专利]增强相金属梯度复合材料制造工艺及设备

说明书

技术领域

本分发明属于表面梯度复合材料技术领域，主要涉及一种增强相金属梯度复合材料制造工艺及设备。

背景技术

梯度复合材料是依据使用要求，选择2种不同性能的材料，采用各种复合技术，使中间部分的组成和结构连续地呈梯度变化，内部不存在明显的界面，从而使材料性能和功能沿厚度方向也呈梯度变化的一种新型复合材料。其显著特点是克服了两种材料结合的性能不匹配问题，使材料的两侧具有不同的功能。该材料现广泛应用于航空工业、航天工业、核能源技术领域、电子、光学、化学、生物医学和冶金、矿山、电力、石油化工、切削刃具材料、耐磨材料等工程领域。尤其是高硬度硬质合金或陶瓷颗粒复合在钢铁表面形成的梯度复合材料，作为抵抗低应力冲击磨埙的耐磨材料更是引起了人们的极大兴趣，并开发出了各种制造工艺，如热喷涂法、堆焊法、激光熔敖法、化学或物理气相沉积法、自蔓延高温合成法、铸渗法等。利用铸渗法制造颗粒增强梯度复合材料由于其制造工艺简单，制造成本低廉，所制造的产品具有优异的力学性能和耐磨性能，较好的性价比而成为目前研究的热点。

文献《铸造技术》杂志(2005年第12期第1093-1095页)中报导了《WCp增强球铁基复合材料模具的制备及其磨埙性能》，报导中公开了一种铸渗复合材料制造工艺，所述的铸渗工艺是：将WC增强颗粒与粘接剂、熔剂混合后制成膏块后固定在砂型表面上，然后浇注金属液，增强体中的粘接剂和溶剂在液态金属的高温下使其熔融和气化后形成孔隙，液态金属渗入并与铸渗材料发生界面反应，从而形成与铸件基体表面熔合为一体。由于界面处扩散渗透，在铸件表面上形成一定厚度且与基体组织、成分、性能截然不同的合金耐磨覆盖层，该工艺的主要缺点为：(1)合金粉末层膏块制作工艺复杂；(2)膏块安放位置局限性大，且固定困难；(3)合金化层厚度小(一般小于5mm)；(4)涂料中的无机物和有机物在浇注成型后形成的夹渣和气体也极易残留在合金层表面，使其表面易产生气孔，夹渣、粘砂等铸造缺陷。

文献《铸造技术》杂志(2005年第6期第544-547页)中报导了《消失模铸渗技术的研究进展》，报导中公开了另一种铸渗工艺，即采用消失模工艺进行铸渗，该工艺是将消失模真空实型铸造用到表面合金化，其工艺过程为：将配制好的合金涂料或膏块粘附在用可发性聚苯乙烯制成的铸件模型上，在其表面涂刷上一层高透气性耐火材料，烘干后用干砂振动造型，当金属液充型时，泡末模样和合金化涂料层中的粘接剂在高温下分解气化，所产生的气体在负压抽力、付压吸力、铁液静压头等的作用下，向合金粉末中的空隙渗入，合金粉末颗粒熔融、分解和扩散，最终与母液金属结合形成表面具有特殊性能的铸件。该工艺简单，操作方便，型腔处于负压状态和还原性气氛，有利于铸渗过程的进行，有利于去除合金颗粒表面的氧化模，避免了普通砂型铸渗工艺所存在的缺陷，铸渗的产品质量好，可以铸渗合金层厚度达10mm厚的产品。该工艺与砂型铸渗工艺相比虽然具有很多优点，但是，消失模铸渗法也存在着一些缺点，由于造型时是将合金膏块和泡沫塑料模型放在一起，增强体无法在浇注前进行预热，使其无法制造合金层厚度更厚的复合产品，至使其对于整体冲击磨埙严重且磨埙在几十mm甚至上百mm厚度才行报废的零件，因复合厚度的限制而就无法胜任了，从而限制了其应用领域；由于消失模铸渗时其基体材料的冷却速度慢，使其结晶组织粗大，材料的 致密差。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前已有技术的不足，提供一种工艺简单，产品质量好，成本低，可以制备大厚度合金层产品的增强相金属梯度复合材料制造工艺及设备。

解决其技术问题的设备方案是：该设备有一工作台，在工作台的上面安装有砂箱或铸造砂型，在砂箱的上面安装有砂箱盖，在砂箱的任一侧面安装有真空管道，真空管道与控制阀门和真空泵相连结，在砂箱内模型的外部或在铸造砂型的外部安装有电磁感应加热器，在工作台上安装有电动振动器，在砂箱或铸造砂型的上部或侧面安装有浇注漏斗，在浇注漏斗的下面连接有浇注流道，在砂箱或铸造砂型的上部安装有压力机。