[发明专利]一种铁基复合磨球及其制备方法

说明书

本发明提供了一种铁基复合磨球的制备方法，属于复合材料技术领域，本发明通过控制原料的种类、用量比以及制备方法，制得的陶瓷增强体包括陶瓷硬质相和非硬质相的铁，陶瓷硬质相包含氧化铝、氧化锆、碳化钒、碳化钛和碳化铬，一方面解决了高组分(＞50％)、小粒径(＜1000μm)的陶瓷微粒弥散分布在钢铁材料的壁垒，另一方面解决含陶瓷增强体在高温钢铁液冲刷易溃散的难题，同时消除陶瓷增强体在后期铸造复合过程中易产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷，制得的铁基复合磨球缺陷明显减少，提高了耐磨性能。实施例的数据表明，本发明提供的铁基复合磨球耐磨性能优异。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种铁基复合磨球及其制备方法。

背景技术

金属材料是最重要的工程材料，在金属材料中，90％为钢铁，钢铁材料具有价格便宜、资源丰富、性能优越及易实现规模化生产等特点，获得了广泛使用。如何提高钢铁材料的性能也成为国内外众多学者研究的目标，其中一个重要的研究方向就是铁基复合材料的开发和应用。低密度、高刚度和高强度的增强体颗粒加入到钢铁基体中制备颗粒增强钢铁基复合材料，在降低材料密度的同时，提高它的弹性模量、硬度、耐磨性和高温性能，广泛应用于耐磨零件等工业领域。

硬质陶瓷微粉，如ZrO₂、Al₂O₃、WC等致密化微粉，硬度普遍比钢铁材料高，是理想的钢铁基复合材料增强颗粒。研究表明，颗粒尺寸较小的复合材料具有较高的屈服应力，而在摩擦磨损等工况条件下，通常还要求磨损工作面的增强颗粒体积分数大于50％，常规的制备工艺难以实现。

赵散梅等报道了可以制备出2～3mmZTA陶瓷颗粒增强钢铁基复合材料(参见《ZTA/高铬铸铁基复合材料的制备及磨损性能研究》，赵散梅等，铸造技术，2011,32(12):1673-1676)，但是对于粒径＜50μm的ZTA陶瓷微粒，由于微粒间孔隙过小、材料间润湿性和钢铁的流动性等因素限制，采用铸渗法很难制备。CN1297798A公开先制备增强体坯体，再通过铸造烧结技术，利用铸造过程高温钢水或铁水的热量，使粘贴在铸型壁上的压坯烧结致密化并发生高温化学反应，从而在铸件表面生成表面平整、厚度稳定的表面复合材料层。利用铁水充型过程中的热量，在增强体内原位生成VC、TiC等，同时完成增强体与基体的界面冶金结合。但是，该方法增强体存在三个问题：1)内部反应剧烈，热量、体积波动巨大，增强体与基体界面出现缩孔、应力集中等缺陷，又由于铁水浇铸充型时间短，铁合金迅速凝固，内部气孔、应力等无法短时间排出或释放，将导致形成大量初始裂纹源；2)在高温钢铁液冲刷易溃散；3)在浇铸充型时间短的情况下，热容量导致加入的石墨反应不完全，在铸件内部残留石墨点缺陷，降低材料力学性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铁基复合磨球及其制备方法。本发明提高增强体中硬质相的含量，使小粒径(1000μm)的陶瓷微粒弥散分布在钢铁材料的壁垒，同时消除增强体在后期铸造复合过程中易产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷，提高铁基复合磨球的耐磨性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种铁基复合磨球的制备方法，包括以下步骤：

(1)将原料混合，得到混合微粉，所述原料包括以下重量百分比的组分：10～60％的硬质陶瓷粉、10～22％的高碳铬铁粉、2～4.5％的钒铁粉、1～2.5％的碳化钛粉、1.5～3.5％的镍粉以及25～70％的还原铁粉；

(2)将所述步骤(1)得到的混合微粉与无水乙醇混合后球磨，得到球磨产物；

(3)将所述步骤(2)得到的球磨产物干燥后进行等静压成型，得到陶瓷增强体坯体；

(4)将所述步骤(3)得到的陶瓷增强体坯体热压烧结，得到陶瓷增强体；

(5)将所述步骤(4)得到的陶瓷增强体固定在磨球砂型中后浇铸钢铁熔体，得到铁基复合磨球胚体；