一种TiC基钢结硬质合金复合耐磨增强体的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种TiC基钢结硬质合金复合耐磨增强体的制备方法，该制备方法是：TiC基钢结硬质合金材料与粘结剂混合均匀得混合物，将上述混合物填充于压机模具型腔内，混合物所受压机压强为50-70MPa，成型脱模，然后将增强体素坯放入真空炉内烧结，冷却出炉得TiC基钢结硬质合金复合增强体；该复合增强体经喷砂处理后，在增强体表面喷涂一层镍基合金粉末；将预热处理后的增强体放在铸型型腔的端面，然后把熔炼金属母体材料形成的金属液浇注到铸型型腔，得到复合耐磨件。本发明增强体经压制而成，致密度高，在浇注过程中不易溃散，陶瓷颗粒能够均匀弥散在金属中，既提高了复合耐磨件的耐磨性，又保持了基体材料的抗冲击性。
【专利说明】一种TiC基钢结硬质合金复合耐磨增强体的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及复合耐磨增强体的制备方法，具体涉及一种Tic基钢结硬质合金复合 耐磨增强体的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着科技水平和现代工业的发展对材料的耐磨性要求越来越高，电力、水泥、矿 山、冶金、煤炭等行业设备的易损件要受到煤矿、砂石、土壤等各种物料和研磨体的磨损，每 年要消耗大量的金属。在工业生产中的许多领域都存在恶劣的工作环境，要求工作部件同 时具备耐磨耐热或耐磨耐蚀综合性能，因此具有单一性能的材料已不能满足工况的需求。 多年来，对颗粒增强钢铁粉基复合材料的工艺研究一直是金属基复合材料研究的重大课题 之一，也取得了一些成果。
[0003] 发明专利（CN 101898238 A)将氧化铝陶瓷与金属粉混合物填充于模具中，连同 模具一同进炉烧结得预制体，然后再将预制体放入铸型型腔的端面，采用与金属粉材料相 同的金属液浇注，预制体内的金属粉熔化成液体形成铸渗通路，在原位形成颗粒增强复合 材料。该工艺方法可以将预制体与金属很好的融合在一起，但陶瓷颗粒比金属液密度低， 容易上浮导致陶瓷颗粒在表层集中，强度不高，另外，预制体致密度不高，预制体容易被熔 液冲溃散。发明专利（CN101053898A)介绍了一种制备颗粒增强金属基表面复合材料的真 空实型铸渗方法，该铸造方法是将增强颗粒制备成与复合材料所需耐磨表面形状相适应的 预制块，将其固定在需要合金化的泡沫材料模样表面，然后按铸造工艺造型浇注。该铸造 方法中碳化钨颗粒预制体成型方便，但成本较高，难以推广应用，此外，泡沫产生的气体以 及复合层中的粘结剂气化产生的气体使材料内部出现无法避免的气孔缺陷。中国发明专 利（CN1128297A)公布了一种局部复合材料及其制造方法，其是将陶瓷颗粒、有机粘结剂与 普通钢基、耐热钢基或镍基粉末混匀，压制成所需形状的预制块，置于需强化的铸件的铸 型局部，浇注金属即可。这种方法制作的局部复合材料，易产生夹渣缺陷，并且预制块在 较短时间的高温浇注后，难以结晶，与基材金属的界面结合效果相对较差。发明专利（CN 101898239 B)公布了一种复合耐磨材料陶瓷颗粒增强体的制备方法，该方法中陶瓷颗粒采 用碳化钨颗粒并在石墨模具中烧结成所需的各种形状，工艺制备的增强体可以和铁粉基基 体产生很好的冶金结合，结合牢固，具有较高的综合耐磨性，但该工艺因碳化钨成本太高， 不适于制备较大的工件，此外，石墨模具也不易于加工成球面结构，适用范围有限。发明专 利（CN103143699A)公布了一种金属陶瓷预制件金属-陶瓷预制件复合增强耐磨件制备方 法，该方法制备的复合预制件致密度高，在浇注过程中不易溃散，使瓷颗粒能够均匀弥散在 金属中，但该方法中毛坯成型比较复杂，预制体在浇铸过程中容易产生微裂纹，存在安全隐 患，陶瓷颗粒在磨损到一定程度后也容易脱落。
【发明内容】
[0004] 发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种TiC基钢结硬 质合金复合增强体的制备方法，采用该方法制备出的耐磨件工作面由高致密度的Tic基钢 结硬质合金增强体和基体金属共同组成，既提高了复合耐磨件的耐磨性，又保持了基体材 料的抗冲击性。
[0005] 技术方案：本发明所述的一种TiC基钢结硬质合金复合耐磨增强体的制备方法， 包括如下步骤： (1) 将粒径为60?200目的碳化TiC基钢结硬质合金材料与粘结剂混合均匀得混合 物，所述碳化TiC基钢结硬质合金材料的各成分质量含量为：TiC :50-70%，Mn :5-7%，Ni : 1-2%，Mo :0. 6-1. 5%，Cr :2-4%，余量为铁粉，粘结剂：1-6% ; (2) 将上述混合物填充于压机模具型腔内，混合物所受压机压强为50-70MPa，成型脱 模，然后将增强体素坯放入真空炉温度为1150°C -1450°C、真空度为0. 2?0. 4Pa下烧结保 温120-180分钟后，冷却出炉得TiC基钢结硬质合金复合耐磨增强体； (3) 该复合增强体经喷砂处理后，在增强体表面喷涂一层镍基合金粉末；将预热处理后 的增强体放在铸型型腔的端面，然后把熔炼金属母体材料形成的金属液浇注到铸型型腔进 行浇注，得到厚度为10_40mm的复合增强体与金属基体呈冶金结合的复合耐磨件。
[0006] 作为优选，所述粘结剂为环氧树脂、乙醇、聚乙烯醇。
[0007] 作为优选，所述铸型为金属型或砂型。
[0008] 作为优选，所述金属基体的材料为合金钢或中、低碳钢。
[0009] 作为优选，所述TiC基钢结硬质合金复合增强体呈网格状、柱状、蜂窝状、条状或 块状。
[0010] 作为优选，所述喷涂镍基合金粉末采用的工艺是火焰喷涂或等离子喷涂。
[0011] 有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点： 第一，增强体经压制而成，致密度高，在浇注过程中不易溃散，陶瓷颗粒能够均匀弥散 在金属中； 第二，利用该工艺可以制成各种所需形状的增强体，适用范围广； 第三，和以往铸渗、负压浇铸等工艺相比，本工艺更简单、方便； 第四，增强体在高温下与基体材料能够产生良好的冶金结合，在磨料过程中，增强体不 会脱落； 第五，由于TiC基钢结硬质合金材料耐磨性能优于金属耐磨合金材料，故耐磨寿命更 长。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本发明一个实施例的网格状TiC基钢结硬质合金复合增强体结构主视图。
[0013] 图2为本发明一个实施例的网格状TiC基钢结硬质合金复合增强体结构侧视图。
[0014] 图3为本发明复合浇铸耐磨衬板结构示意图。
【具体实施方式】
[0015] 实施例1 一种制造网格状TiC基钢结硬质合金复合耐磨增强体的制备方法，包括如下步骤： (1)将粒径为6(Γ200目的TiC基钢结硬质合金材料与环氧树脂混合均匀得混合物，其 中TiC基钢结硬质合金材料各成分质量含量为：TiC :50%，Μη :7%，Ni :2%，Mo :1. 5%，Cr :4%， 粘结剂：6%，余量为铁粉； (2) 将上述混合物填充于压机模具型腔内，混合物所受压机压强为50MPa，成型脱模，然 后将增强体素坯放入真空炉温度为1150°C、真空度为0. 2~0. 4Pa下烧结保温180分钟后，冷 却出炉得TiC基钢结硬质合金复合耐磨增强体(如图1和图2所示）； (3) 该复合增强体经喷砂处理后，在增强体表面喷涂一层镍基合金粉末； (4) 将预热处理后的增强体放在铸型型腔的端面，然后把熔炼金属母体材料形成的金 属液浇注到铸型型腔进行浇注，得到厚度为10-40mm的复合增强体与金属母体呈冶金结合 的复合浇铸耐磨衬板(如图3所示)，该衬板母体材料为合金钢或普通碳素钢，端面即耐磨面 由TiC基钢结硬质合金复合增强体与规则分布的基体金属组成，TiC基钢结硬质合金复合 增强体材料硬度为HRC64,厚度为l(T40mm。
[0016] 实施例2 一种制造 TiC基钢结硬质合金复合耐磨增强体的制备方法，包括如下步骤： (1) 将粒径为6(Γ200目的TiC基钢结硬质合金材料与环氧树脂混合均匀得混合物，其 中，各成分质量含量为：TiC :70%，Mn :5%，Ni : 1%，Mo :0. 6%，Cr :2%，粘结剂：1%，余量为铁粉； (2) 将上述混合物填充于压机模具型腔内，混合物所受压机压强为70MPa，成型脱模，然 后将增强体素坯放入真空炉温度为1450°C、真空度为0. 2~0. 4Pa下烧结保温120分钟后，冷 却出炉得TiC基钢结硬质合金复合耐磨增强体； (3) 该复合增强体经喷砂处理后，在增强体表面喷涂一层镍基合金粉末； (4) 将预热处理后的增强体放在铸型型腔的端面，然后把熔炼金属母体材料形成的金 属液浇注到铸型型腔进行浇注，得到厚度为10-40mm的复合增强体与金属母体呈冶金结合 的复合浇铸耐磨衬板，该衬板母体材料为合金钢或普通碳素钢，端面即耐磨面由TiC基钢 结硬质合金复合增强体与规则分布的基体金属组成，TiC基钢结硬质合金复合增强体材料 硬度为HRC66,厚度为l(T40mm。
[0017] 实施例3 一种制造 TiC基钢结硬质合金复合耐磨增强体的制备方法，包括如下步骤： (1) 将粒径为6(Γ200目的TiC基钢结硬质合金材料与环氧树脂混合均匀得混合物，其 中，各成分质量含量为：TiC :60%，Mn :6%，Ni : 1. 5%，Mo : 1%，Cr :3%，粘结剂：4%，余量为铁粉； (2) 将上述混合物填充于压机模具型腔内，混合物所受压机压强为60MPa，成型脱模，然 后将增强体素坯放入真空炉温度为1350°C、真空度为0. 2~0. 4Pa下烧结保温150分钟后，冷 却出炉得TiC基钢结硬质合金复合耐磨增强体； (3) 该复合增强体经喷砂处理后，在增强体表面喷涂一层镍基合金粉末； (4) 将预热处理后的增强体放在铸型型腔的端面，然后把熔炼金属母体材料形成的金 属液浇注到铸型型腔进行浇注，得到厚度为10-40mm的复合增强体与金属母体呈冶金结合 的复合浇铸耐磨衬板，该衬板母体材料为合金钢或普通碳素钢，端面即耐磨面由TiC基钢 结硬质合金复合增强体与规则分布的基体金属组成，TiC基钢结硬质合金复合增强体材料 硬度为HRC67,厚度为l(T40mm。
[0018] 下表是本发明与对比例的硬度和耐磨性对比：
【权利要求】
1. 一种TiC基钢结硬质合金复合耐磨增强体的制备方法，其特征在于：包括如下步 骤： (1) 将粒径为60?200目的碳化TiC基钢结硬质合金材料与粘结剂混合均匀得混合 物，所述碳化TiC基钢结硬质合金材料的各成分质量含量为：TiC :50-70%，Mn :5-7%，Ni : 1-2%，Mo :0. 6-1. 5%，Cr :2-4%，余量为铁粉，粘结剂：1-6% ; (2) 将上述混合物填充于压机模具型腔内，混合物所受压机压强为50-70MPa，成型脱 模，然后将增强体素坯放入真空炉温度为1150°C -1450°C、真空度为0. 2?0. 4Pa下烧结保 温120-180分钟后，冷却出炉得TiC基钢结硬质合金复合耐磨增强体； (3 )该复合增强体经喷砂处理后，在增强体表面喷涂一层镍基合金粉末；将预热处理后 的增强体放在铸型型腔的端面，然后把熔炼金属母体材料形成的金属液浇注到铸型型腔进 行浇注，得到厚度为10_40mm的复合增强体与金属基体呈冶金结合的复合耐磨件。
2. 根据权利要求1所述的一种TiC基钢结硬质合金复合耐磨增强体的制备方法，其特 征在于：所述粘结剂为环氧树脂、乙醇、聚乙烯醇。
3. 根据权利要求1所述的一种TiC基钢结硬质合金复合耐磨增强体的制备方法，其特 征在于：所述铸型为金属型或砂型。
4. 根据权利要求1所述的一种TiC基钢结硬质合金复合耐磨增强体的制备方法，其特 征在于：所述金属基体的材料为合金钢或中、低碳钢。
5. 根据权利要求1所述的一种TiC基钢结硬质合金复合耐磨增强体的制备方法，其特 征在于：所述TiC基钢结硬质合金复合增强体呈网格状、柱状、蜂窝状、条状或块状。
6. 根据权利要求1所述的一种TiC基钢结硬质合金复合耐磨增强体的制备方法，其特 征在于：所述喷涂镍基合金粉末采用的工艺是火焰喷涂或等离子喷涂。
【文档编号】C22C1/05GK104152777SQ201410420040
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】钱兵, 孙书刚 申请人:南通高欣耐磨科技股份有限公司