[发明专利]一种表面颗粒增强铁基复合材料卷筒的铸造方法

说明书

本发明提供了一种表面颗粒增强铁基复合材料卷筒的铸造方法，首先将包含Ti₃SiC₂粉末与Ti粉末的涂料涂覆到型腔的外径内壁面上，然后将涂料加热干燥成内含孔隙的涂层，然后按照铸渗方法浇注铁水，破除铸型后制得外表面为颗粒增强铁基复合材料层且剩余部位为球墨铸铁的卷筒毛坯；利用颗粒增强、铸渗、原位合成与球墨铸铁四者相结合，实现了Ti₃SiC₂、TiC与SiC的外表面颗粒增强球墨铸铁基体，使得本申请提供的卷筒毛坯制得的卷筒成品的外表面，既具备球墨铸铁的高强度、良好塑性和冲击韧性，又具备Ti₃SiC₂、TiC与SiC的高硬度与高耐磨性，最终提高了卷筒的使用性能与使用寿命。

技术领域

本发明涉及工程设备技术领域，尤其是涉及一种表面颗粒增强铁基复合材料卷筒的铸造方法。

背景技术

卷筒是大型起重设备、旋挖钻和卷扬减速机的关键部件之一，由于承重的钢丝绳直接缠绕在卷筒上，卷筒直接承受起吊载荷，其质量优劣对起重设备、旋挖钻和卷扬减速机的安全运行有着至关重要的影响。随着现代工程的发展趋向大型化，工程机械行业大型或超大型起重设备、钻孔设备和卷扬减速机的应用越来越广泛，起吊的重量和扬程均大幅度增加。例如：超大型起重设备的起吊重量已达到几千吨；超大型卷扬机的扬程达到了数百米。因此，对卷筒的材质及其制备方法提出了更高的要求。

颗粒增强金属基复合材料是以碳化物、氮化物、石墨等颗粒增强金属或合金基体的金属基复合材料的统称。这类复合材料的组成范围宽广，可根据工作的工况要求选择基体金属和增强颗粒，常选用的增强颗粒有碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化钨、氧化铝、氮化硅、硼化钛、氮化硼及石墨等，增强颗粒的粒径一般在3.5～10μm，也有选用＜ 3.5μm和30μm左右的颗粒、含量范围为5wt％～75wt％，一般为15wt％～20wt％和65wt％左右，视需要而定；金属基体有铝、镁、钛、铜、铁等及其合金；制造方法有粉末冶金法、铸造法、真空压力浸渍法和共喷射沉积法；可以直接做成零件，也可做成铸锭后进行热挤压、锻造、轧制等。

原位合成法是一种最近发展起来制备复合材料的新方法，其基本原理是不同元素或化合物之间在一定条件下发生化学反应，而在金属基体内生成一种或几种陶瓷相颗粒，以达到改善单一金属合金性能的目的。通过这种方法制备的复合材料，增强体是在金属基体内形核、自发长大，因此，增强体表面无污染，基体和增强体的相溶性良好，界面结合强度较高。同时，不像其它复合材料，省去了繁琐的增强体预处理工序，简化了制备工艺。原位反应制备金属基复合材料是在一定条件下，依靠合金成分设计，在合金体系内发生化学反应生成一种或几种高硬度、高弹性模量的陶瓷或金属间化合物增强体，而达到增强基体目的的工艺方法。其方法工艺具体包括：固-液反应原位合成工艺与固-固反应原位合成工艺，其中固-固反应原位合成工艺具体包括自蔓延高温合成法、接触反应法、混合盐反应法和机械合金化法等。

随着我国的经济发展，在很多大型工程项目的开发建设中对工程机械的需求日益迫切，并且对其性能要求也越来越严苛。其中高性能卷筒是大型起重机和卷扬减速机的关键部件之一。在运行过程中，卷筒直接承受载荷，卷筒性能优劣对起重机的安全运行与寿命有着至关重要的影响。因此，对卷筒所用材质及其制备方法提出了更高的要求。传统单一金属材料如球墨铸铁可通过改善合金成分、热处理工艺等提高材料的力学性能，但是提高的空间有限。

因此，如何利用颗粒增强与球墨铸铁相结合，提供一种表面颗粒增强铁基复合材料卷筒，以使得卷筒的外表面既具备球墨铸铁的高强度、良好塑性和冲击韧性，又具备陶瓷增强颗粒的高硬度与高耐磨性，最终提高卷筒的使用性能与使用寿命，是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种表面颗粒增强铁基复合材料卷筒的铸造方法。

为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种表面颗粒增强铁基复合材料卷筒的铸造方法，包括以下依次进行的步骤：