具有原位內生表面金屬陶瓷層的鑄件及其制備方法技術

本發明專利技術提供的具有原位內生表面金屬陶瓷層的鑄件，其母體為鋼或鐵，其特征在于表面金屬陶瓷層是利用澆注的鋼水或鐵水的熱量使粉料壓坯發生原位內生反應獲得的，其中所含的陶瓷顆粒的體積百分數＞４０％，且厚度可在０．５～１２毫米變化。其制備方法是將原位內生組分和填料組分的相應粉料經還原處理后制成壓坯，并經預燒結脫膠處理后固定在鑄型表面，澆入高溫鋼水或鐵水，激發原位內生反應，利用反應放出的熱量促進實現壓坯燒結致密化和與母體牢固的冶金結合。該鑄件耐磨性高、韌性好、表面平整、質量好，且制備工序少，周期短，成本低，適合大批量生產各種形狀的鑄件，為鑄件表面金屬陶瓷化開辟了一條新的途徑。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于金屬表層金屬陶瓷化
，具體涉及一種。
技術介紹
陶瓷材料是繼金屬材料和高分子材料之后的第三代材料，具有很好的耐熱性、耐磨性和耐腐蝕性，但由于過高的成本和極低的韌性限制了它的應用。為了改善陶瓷材料的韌性，人們開始用少量金屬將主相陶瓷粘結在一起形成了一種金屬陶瓷的硬質材料。這種材料在保持了陶瓷固有的良好耐磨性的同時，由于有金屬相的加入，其韌性也有了大幅度的提高，但由于其成型方法僅限于粉末冶金法(李榮久主編，陶瓷—金屬復合材料，1995年，冶金工業出版社，北京)，故其生產成本高，只適于制造形狀簡單、尺寸較小的產品，如切削刀具、鉆探工具等。此外，粉末冶金法制造的金屬陶瓷是一種整體材料，雖然金屬相的加入提高了其韌性，但由于其主相為陶瓷相，故其韌性仍比傳統的鋼鐵材料差。為了克服金屬陶瓷整體材料存在的缺陷，同時充分發揮金屬材料熱穩定性好、強度和韌性高的特性，工程技術人員又研究開發出金屬表面金屬陶瓷化產品，即在作為母體的金屬材料表面形成一層金屬陶瓷層，以滿足構件在使用中所需要的表面優異耐磨、內在韌性高的要求。目前能制造這種產品的方法只有熱噴涂法(譚昌瑤、王鈞石主編，《實用表面工程技術》，1998年5月，新時代出版社，北京)。熱噴涂法由于方法本身的特點所致，其所用的陶瓷是外加的特殊陶瓷粉，價格非常昂貴；產品表面層與母體難以形成牢固的冶金結合；表面層較薄，不能根據需要變化且易氧化和形成氣孔；生產工序多，成本高；不適于大批量生產。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服已有技術存在的缺陷，提供一種具有原位內生表面金屬陶瓷層的鑄件。本專利技術的另一目的是提供一種制備具有原位內生表面金屬陶瓷層鑄件的方法。本專利技術提供的具有原位內生表面金屬陶瓷層的鑄件，其母體為鋼或鐵，表面為金屬陶瓷層，其特征在于鑄件表面金屬陶瓷層是利用鑄造澆注的高溫鋼水或鐵水的熱量使固定于鑄型表面的粉料壓坯發生原位內生反應而獲得的，其表面形成的金屬陶瓷層中的陶瓷顆粒的體積百分數＞40％，而且其厚度可根據鑄件壁厚和使用的需要在0.5～12毫米范圍內調整控制。本專利技術提供的具有原位內生表面金屬陶瓷層鑄件的制備方法，是融合了粉末冶金、鑄造和高溫自蔓延的優點，在鑄造生產過程中，直接在鑄件表面生成所需厚度的金屬陶瓷層。具體來說是利用鑄造澆注時高溫鋼水或鐵水的熱量使型腔表面的粉料壓坯發生高溫化學反應，原位生成大量碳化物陶瓷顆粒，同時放出熱量促使壓坯燒結致密化，并實現與鑄件母體牢固的冶金結合，最終在鑄件表面形成金屬陶瓷層。其工藝步驟為制造鑄型、制造壓坯、壓坯預燒結脫膠處理、壓坯固定、熔煉鋼水或鐵水、澆注和燒結，其特征在于(1)制造壓坯的粉料為粒度≤50微米的原位內生組分，含量40～80％(重量)和粒度≤50微米的填料組分，含量20～60％(重量)；(2)在制造壓坯前將粉料放入還原爐內，通入氫氣或分解氨氣，在600～1000℃下進行還原，時間0.5～8小時。其中所用的原位內生組分含C 4～20％及Ti 10～80％，V 10～75％，W 10～70％，Nb15～75％(均為重量百分比)中的至少一種。所用的填料組分含Cr 1～35％，Ni 3～30％，Mo 1～30％，Fe 5～35％及TiC、WC、鎳包ZrO2、鎳包Al2O3中的任一種，含量25～75％(均為重量百分比)。本專利技術具有以下優點1、本專利技術提供的具有原位內生表面金屬陶瓷層的鑄件，由于在鑄件的工作表面含有＞40％的陶瓷相，因此該鑄件的耐磨性比其它金屬材料有大幅度的提升，而且陶瓷相主要是由原位內生反應獲得的，成本既可大幅降低，又能與鑄件母體形成牢固的冶金結合。2、本專利技術提供的具有原位內生表面金屬陶瓷層的鑄件，由于其表面金屬陶瓷層是通過鑄造過程澆注的鋼水或鐵水的熱量使固定于鑄型表面的壓坯發生原位內生反應獲得的，故其表面層的厚度可根據鑄件壁厚和使用要求的不同，在0.5～12毫米內變化，這是目前熱噴涂法無法達到的，而且表面平整，質量好。3、由于本專利技術在制造壓坯前對粉料進行了還原處理，不僅大大降低了粉料的含氧量，改善了粉料的壓制性能，而且還避免了因粉料氧含量過高在表面層產生的氣孔、夾雜等缺陷。4、由于本專利技術是利用鑄造過程澆注的鋼水或鐵水的熱量，在鑄型表面的壓坯中激發原位內生反應，并利用反應放出的熱量促進實現壓坯燒結致密化和與母體的牢固冶金結合，整個過程在鑄造時一次完成，因此可克服熱噴涂法的不足，適合大批量生產各種形狀的鑄件，工序少，生產周期短，成本低，而且不需要昂貴的設備。5、由于本專利技術只在鑄件需要耐磨、耐熱的表面生成金屬陶瓷層，而鑄件本體和其它部位仍為價廉的普通中、低碳鋼、低合金鋼、球墨鑄鐵或灰鑄鐵，因而與整體陶瓷材料相比，不僅可節省大量昂貴的陶瓷粉，而且其鑄件的韌性高、綜合性能好，可達到外硬內韌，能滿足在高溫、高速和劇烈磨損工況下工作的要求。6、由于本專利技術能夠在鑄造過程中，直接在鑄鋼件或鑄鐵件表面原位內生金屬陶瓷層，因而為鑄件表面金屬陶瓷化開辟了一條新的途徑。具體實施例方式下面給出的實施例是對本專利技術的具體描述和進一步說明，不能理解為對本專利技術保護范圍的限制，該領域的技術熟練人員可以根據上述本
技術實現思路
對本專利技術作出一些非本質的改進和調整。實施例1～8(1)制造鑄型 用常規的水玻璃砂或粘土砂或樹脂砂按常規方法制造鑄型。(2)制造壓坯 按表1、2、3對應所列各實施例的組分、品種配比，且粒度≤50微米的各種粉料一起置于球磨機中或其它混合機中混勻或/和進一步磨細；再置于氫氣或分解氨氣還原爐內，在溫度600～1000℃下還原處理0.5～8小時；然后加入2～12％的粘結劑，混勻后裝入金屬模具在液壓機上，壓制成0.5～12毫米的壓坯。(3)壓坯預燒結脫膠處理 將壓坯置于真空燒結爐或還原氣氛燒結爐中，在溫度500～1400℃下進行預燒結脫膠處理。(4)壓坯固定 將冷卻后的壓坯用粘結劑或鋼絲固定在鑄型表面，再合箱等待澆注。(5)熔煉鋼水或鐵水 將相應爐料在電弧爐或感應電爐中按常規方法熔煉鋼水或鐵水，并進行相應的處理。(6)澆注和燒結 將高溫鋼水或鐵水澆入鑄型，澆注溫度1400～1600℃，并利用其熱量完成壓坯原位內生反應和燒結致密化。表1 表2 表3 權利要求1.一種具有原位內生表面金屬陶瓷層的鑄件，該鑄件的母體為鋼或鐵，表面為金屬陶瓷層，其特征在于鑄件表面的金屬陶瓷層是利用鑄造澆注的高溫鋼水或鐵水的熱量使固定于鑄型表面的粉料壓坯發生原位內生反應而獲得的，其表面形成的金屬陶瓷層中的陶瓷顆粒的體積百分數＞40％。2.根據權利要求1所述的具有原位內生表面金屬陶瓷層的鑄件，其特征在于該鑄件表面的金屬陶瓷層的厚度為0.5～12毫米。3.一種具有原位內生表面金屬陶瓷層鑄件的制備方法，其工藝步驟為制造鑄型、制造壓坯、壓坯預燒結脫膠處理、壓坯固定、熔煉鋼水或鐵水、澆注和燒結，其特征在于(1)制造壓坯的粉料為粒度≤50微米的原位內生組分，含量40～80％(重量)和粒度≤50微米的填料組分，含量20～60％(重量)；(2)在制造壓坯前將粉料放入還原爐內，通入氫氣或分解氨氣，在600～1000℃下進行還原，時間0.5～8小時。4.根據權利要求3所述的具有原位內生表面金屬陶瓷層鑄件的制備方法，其特征在于原位內生組分含C 4～20％及本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有原位內生表面金屬陶瓷層的鑄件，該鑄件的母體為鋼或鐵，表面為金屬陶瓷層，其特征在于鑄件表面的金屬陶瓷層是利用鑄造澆注的高溫鋼水或鐵水的熱量使固定于鑄型表面的粉料壓坯發生原位內生反應而獲得的，其表面形成的金屬陶瓷層中的陶瓷顆粒的體積百分數＞４０％。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王一三，
申請(專利權)人：王一三，
類型：發明
國別省市：90[中國|成都]