[发明专利]合金粉芯管丝原位生成耐磨复合材料的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及合金粉芯管丝生成耐磨复合材料的制备工艺，特别涉及合金粉芯管丝在金属基体上原位生成耐磨复合材料制备工艺。

背景技术

在现代工业生产中，很多重要的机械设备及其零部件处在高速、高温、高压、重载等恶劣的工况条件下，对材料性能的要求不断提高，单一材料的性能很难满足使用要求。利用表面工程技术在金属材料表面生成一层性能优异并与基体结合牢固的复合材料，既保持了金属材料韧性、塑性优良的特点，又能发挥增强材料耐磨性好的特点，既满足了在恶劣工况下对材料的性能要求，又降低了成本，具有很好的应用前景。

目前，金属基复合材料已成为各国高新技术研究开发的重要领域，制备方法主要有粉末冶金、热挤压、熔渗、搅拌铸造、热喷涂、原位生成等。粉末冶金是通过粉末压制或注射成形，然后在一定的温度下进行烧结，通过物质原子的扩散，实现颗粒之间的固结，烧结时间长，能耗高；热挤压是通过施加外压使液态金属渗入增强材料的预制件缝隙中凝固成形，主要用于铝、镁等低熔点有色金属材料复合，对于高熔点钢铁金属材料很难应用；熔体浸渗是将金属液体浸渗入多孔的粉末预制块中，这种方法存在一个金属液与粉末的润湿性问题，同时预制块多用粘结剂制作，在高温下产生气体，容易形成气孔；搅拌铸造法是将陶瓷粉末直接加入到基体金属液中，并进行一定方式的搅拌，然后浇铸成形，由于颗粒细小，不易进入和均匀分散到金属液体中；热喷涂工艺存在对材料的选择较窄、耐磨层太薄、界面结合强度偏低等缺陷；原位自生成是增强体在基体金属内部自己生成和生长的方法，基体与增强材料间的相容性好，界面清洁干净、结合牢固，有较优异的力学性能，但可选择的材料体系有限，共晶增强材料的体积分数也无法调整。金属基耐磨复合材料优异的综合性能，已经显示出在许多领域的巨大应用潜力，但是由于制造成本还太高，工艺复杂等因素的影响，应用范围还受到很大限制。有人利用合金粉芯管丝进行堆焊复合，在金属基体表面堆焊一层耐磨层，但必须配备专用的堆焊设备，作业时间较长，效率低，二者不能形成良好的冶金结合，耐磨层容易剥落开裂，适用范围也有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种合金粉芯管丝原位生成耐磨复合材料的制备工艺，该工艺在金属基体表面形成一层高合金耐磨材料，使其具有优良的耐磨性能，同时与金属基体冶金结合融为一体，保留了金属基体的良好韧性。

为解决上述技术问题本发明是这样实现的：

本发明包括以下步骤：

1)、选用直径为φ2mm～φ5mm的合金粉芯管丝(4)，其外皮为低碳软钢，内部为高合金粉末，高合金粉末粒度为50～200目，填充率为30％～60％，按照工件结构，将管丝剪切、弯制、固定成形；

2)、按照铸造工艺要求制作砂型(7)和浇冒口系统(6)，并将成形管丝(4)，按照占耐磨层20％～50％的体积比例，预埋在砂型型腔(5)内；

3)、将砂型(7)进行烘干预热，温度100℃～400℃；

4)、冶炼基体金属(3)，待达到1300℃～1550℃出炉，通过浇注系统(6)，将基体金属液(3)浇入型腔(5)内，注满为止；

5)、室温冷却，待金属液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，即制成由高合金耐磨层(1)、冶金过渡层(2)和基体金属层(3)组成的耐磨复合材料。

所述砂型(7)是采用树脂砂或水玻璃砂制作。

所述基体金属(3)选用普通碳钢、合金钢、高锰钢等。

所述基体金属(3)采用中频感应电炉或电弧炉熔炼。

本发明的有益效果是：

1、本发明与现有技术“用合金粉芯管丝进行堆焊复合”技术相比，由于本发明采用铸造法复合，复合过程中由于基体金属液的高温作用，合金粉末溶解弥散，与基体金属液发生冶金化合反应，同时由于合金粉末的吸热作用，降低了局部的温度，缩短了结晶过程，阻碍了合金元素的进一步扩散，从而使合金元素在原位富集，晶粒显著细化，析出大量弥散的高硬度的硬质化合物，凝固后便形成了高合金耐磨层，并与基体金属形成良好的冶金过渡结合，界面结合牢固，耐磨性与韧性有机统一，整体性能显著提高。

2、合金粉末可根据工件的使用要求进行配比，成分可调，适应性广。

3、由于采用了较纯的合金粉末，不含粘结剂等杂质，因此不会产生气孔、夹渣等缺陷，内部组织性能优良。

4、可根据工件的工作面磨损要求，设置耐磨层厚度，达到最佳使用效果，节约大量贵重金属。

5、制成的复合材料可根据使用要求，进行二次加工或处理，工艺性能好。