[发明专利]一种三维网络陶瓷骨架的金属陶瓷耐磨材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种三维网络陶瓷骨架的金属陶瓷耐磨材料及其制备方法。采用3D打印工艺的三维网络陶瓷骨架作为与金属基体复合的陶瓷基，整体连续，强度高，且由于陶瓷骨架中掺有金属合金粉体，该金属合金的存在有效提高了浇铸基体金属熔液时，陶瓷基体的反应活性，提高了金属熔液在陶瓷骨架中的浸润性，使其在陶瓷骨架中渗透的更好，由于上述待掺杂的金属合金粉体熔点较高，烧结时部分粉体保持固相特征不发生熔化，从而有利于三维网络陶瓷骨架的完整性，保证浇铸过程的骨架强度，进而使所得金属陶瓷耐磨材料的强度和耐磨性更高，从而从根本上解决了陶瓷基与基体金属粘接性差的问题，大大缩短了产品生产周期，极大的提高了生产企业的市场竞争优势。

技术领域

本发明属于复合耐磨材料领域,具体涉及一种三维网络陶瓷骨架的金属陶瓷耐磨材料及其制备方法。

背景技术

金属陶瓷复合材料是将陶瓷的高硬度、高耐磨性和金属的高韧性相结合制备的一类复合材料，在水泥、煤电或矿石等耐磨领域上具有很大的应用前景。传统工艺通过干压法制备陶瓷预制体，经过表面镀镍处理，置于砂型模具中浇铸得到金属陶瓷复合材料。但是由于陶瓷镀镍工艺整体流程复杂，需要进行较多预处理过程如活化、敏化等步骤，制备效率低下。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种三维网络陶瓷骨架的金属陶瓷耐磨材料及其制备方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种三维网络陶瓷骨架的金属陶瓷耐磨材料的制备方法，包括以下步骤：

将金属熔液浇铸三维网络陶瓷骨架得金属陶瓷耐磨材料，

其中，所述三维网络陶瓷骨架通过掺杂金属合金粉体的金属陶瓷复合浆料基于3D打印工艺得金属陶瓷素坯，然后再烧结制得，在所述金属陶瓷素坯烧结过程中，所述金属陶瓷素坯中掺杂的金属合金粉体不会全部熔化。

本发明采用3D打印工艺的三维网络陶瓷骨架作为与金属基体复合的陶瓷基，整体连续，强度高，便于与金属基体牢固结合，且由于所述三维网络陶瓷骨架中掺有金属合金粉体，该金属合金的存在有效提高了浇铸基体金属熔液时，陶瓷基体的反应活性，提高了金属熔液在三维网络陶瓷骨架中的浸润性，使其在三维网络陶瓷骨架中渗透的更好，由于上述待掺杂的金属合金粉体熔点较高，烧结时部分粉体保持固相特征不发生熔化，不会产生较大的应力破坏，从而有利于三维网络陶瓷骨架的完整性，保证浇铸过程的骨架强度，进而使所得金属陶瓷耐磨材料的强度和耐磨性更高，从而从根本上解决了陶瓷基与基体金属的粘接性差的问题，由于本发明避免采用传统工艺一直所用的干压法所制陶瓷预制体作为复合陶瓷基，而选用3D打印增材制造技术，直接将金属合金加入至陶瓷原材料中，解决了后期浇注时陶瓷和基体金属液的粘结性较差问题，也就省去了为了改善陶瓷颗粒与基体金属的粘接性而实行的陶瓷预制体，而必须执行的表面镀镍处理步骤，从而大大提高了制备效率。

进一步的，在所述金属陶瓷素坯烧结过程中，所述金属陶瓷素坯中掺杂的金属合金粉体少部分发生熔化。金属合金粉体为高锰钢、高铬铸铁粉或镍硬铸铁粉中的至少一种，粒径大小为35-75μm。由于上述金属制品具有较高的硬度，有利于提升整体预制体的强度；其次由于铸铁和锰钢的熔点较高，在坯体烧结过程中发生较低程度的熔化，不会产生较大的应力破坏，烧结完成后预制体结构的完整性较高，有利于后期浇铸成型。

进一步的，所述金属陶瓷复合浆料包括陶瓷粉体、高岭土粉体、粘结剂、水，该材料体系中高岭土(2SiO₂·Al₂O₃·2H₂O)的加入，可以有效降低金属陶瓷复合浆料的粘度，高岭土具有层状结构吸水可塑性好，成型后不易破碎，加入到陶瓷料浆有利于提高成型效率。

其中，陶瓷粉体、高岭土粉体、金属合金粉体、粘结剂、水的用量比为：50-70：10-15：5-8：1-8：10-25，以重量计。

进一步的，所述金属陶瓷复合浆料还包括分散剂、添加助剂，