[发明专利]自蔓延法制造耐磨陶瓷复合模具钢板材

说明书

技术领域：

本发明属于提高挤压成型模具材料耐磨性的制造技术。可用于建筑材料、耐火材料、金属半固态加工等需要大量挤压成型模具的行业。

背景技术：

在建筑材料成型、耐火材料成型、金属半固态加工等行业挤压成型中模具是主要的生产设备，它们的共同特征是在挤压成型工程中物料对模具的摩擦特别大，模具磨损速度快，模具精度寿命短，为了解决此问题，专家和工程技术人员研制出多种高硬度、耐磨的高碳、高铬、高锰、高钼等合金钢作为模具制造材料，或者对现有的合金钢模具进行渗碳、渗氮、渗碳化钨等技术来提高其耐磨性能，均有很好的效果，在建筑材料、耐火材料挤压成型的模具生产中得到广泛应用，但是其缺点是模具成本大大提高，摊到每件制成品上的模具费用也比较高，在日益激烈的市场竞争的条件下，降低模具成本也是一条可行之路。

另一方面，陶瓷钢铁复合管制造技术已经成熟(ZL一种制备薄壁陶瓷内衬层钢管的方法，北京科技大学，中国，C04B35/65，200510086804.9；ZL陶瓷内衬复合管的制造方法，王建江，中国，B28B21/72，97111352.1)。陶瓷钢管是采用自蔓延高温合成-离心法制造的。就是把无缝钢管放在离心机的管模内，钢管内加入铁红和铝粉混合物。这种混合物在化学中称为铝热剂。离心机管模旋转达到一定速度后，点燃铝热剂，铝热剂立即燃烧，燃烧波迅速蔓延，在蔓延时发生如下剧烈的化学反应：

2Al+Fe₂O₃＝Al₂O₃+2Fe+836kJ

3Fe₃O₄+8Al＝4Al₂O₃+9Fe+3265kJ

此铝热剂反应后生成物为α-Al₂O₃(即刚玉)和铁，同时放出大量热量。这些热量如在绝热条件下，绝热温度可达3753K和3509K，它使钢管内原来物料以及反应后的生成物刚玉全部变成熔液，由于反应非常迅速，只有数秒钟，熔融反应物在离心力作用下，迅速按比重大小进行分离。铁被离心力甩到钢管内壁，Al₂O₃则分布在铁的内层。由于钢管迅速吸热和传热，Al₂O₃和Fe迅速达到凝固点，很快分层凝固。最后形成的陶瓷钢管从内到外分别为刚玉瓷层、以铁为主的过渡层和外部的钢管层。高温熔融的铁液和Al₂O₃液，与钢管内壁接触，使钢管处于半熔融状态，使铁层与钢管形成冶金结合，铁层与钢玉瓷层间也形成牢固结合，其机械耐磨性能大大提高，经权威部门模拟试验测定，抗磨损抗冲刷的综合性能均比同厚壁的耐磨合金铸钢提高5倍以上，比20号碳钢管提高20倍以上。

静态自蔓延法制备黑色金属半固态加工用陶瓷涂层模具(陈威等，申请号：200510040328.7；审定公告号：1762618)，在挤压模具生产中得到了应用，其特点是凹模一次整体成型，但是文献仅查到在形状简单的圆形凹模得到成功的例子，对于生产形状稍复杂的挤压模具还有很大难度，进一步说，自蔓延法制备挤压成型陶瓷涂层模具的工艺技术难度比较大，难于在一般挤压模具生产企业推广。

发明内容

本发明在于利用自蔓延法制造陶瓷钢铁复合板材，通过切割、镶嵌、焊接到挤压模具中，达到提高模具关键部位硬度，增强其耐磨性的目的。

本发明的主要技术特征为：在振动和磁力环境条件下完成自蔓延法陶瓷钢铁复合制造中铝热反应和液态产物Fe和Al₂O₃的分离，以达到旋转惯性力分离的同样效果。

本发明的主要有两部分组成，一是铝热反应容体部分，其中耐火材料箱(3)以钢板基材(1)为底，由石棉层(5)为缝隙填充物，反应原料Al和Fe₂O₃混合粉末由耐火材料箱自蔓延材料入口(4)填入；二是钢制活动平台(6)，其一端固定安装带偏心质量调速振动电机(7)；并固定有与耐火材料箱(3)下口周边外壁尺寸相匹配的台阶，以保障平台振动时耐火材料箱(3)不发生滑移；另外其中部与钢板基材(1)相对应位置打一组孔固定一组永久强磁铁(9)，磁铁的上表面与平台面平；该平台由滚动轴承(8)和基础垂向接触，由水平弹簧(10)和基础横向连接。

附图说明