[發明專利]消失模鑄造高錳鋼耐磨表面復合材料的制備工藝

有效

• 申請號: 201310329628.1
• 申請日: 2013-08-01
• 公開（公告）號: CN103394671A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 譚建波;付宏江
• 申請（專利權）人: 河北海鉞耐磨材料科技有限公司
• 主分類號: B22D19/08
• 分類號: B22D19/08;B22D19/14
• 代理公司: 唐山永和專利商標事務所 13103
• 代理人: 王永紅

技術領域

本發明涉及一種金屬成型領域的復合材料消失模鑄造的技術，特別是涉及一種消失模鑄造高錳鋼耐磨表面復合材料的制備工藝。

背景技術

耐磨材料在冶金礦山、建材、火力發電、裝備制造等工業領域經濟成本的消耗中占有相當大的比重。2004年北京摩擦學科與工程前沿研討會的資料顯示，磨損損失了世界一次能源的三分之一。我國每年因磨損造成的經濟損失在1000?億元人民幣以上，僅磨料磨損每年就要消耗300多萬噸金屬耐磨材料，且還以每年15%的速度在增長。推動材料向高耐磨、耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞等多方面發展，是亟待解決的一項重要任務，具有重要的經濟意義和社會意義。

復合材料是由兩種或兩種以上物理和化學性質不同的材料組合而成的一種多相材料，它可以發揮金屬、陶瓷等不同材料的性能優勢，滿足特殊的性能及功能。將復合材料制備技術與材料表面工程技術相結合，在不改變基體材料性能的基礎上，賦予材料表面特殊性能及功能，達到提高綜合性能的目的。復合材料的出現在很大程度上解決了材料當前面臨的問題，推進了材料的進展。金屬鑄造復合材料具有優良的物理性能和力學性能，不僅可以在航天航空工業上應用，也可以在汽車、礦山、裝備制造等民用工業上應用。用鑄造法制備鋼鐵基表面復合材料，工藝獨特、成本低廉，已成為最有發展前途的復合材料制備方法之一，具有廣闊的應用前景。

目前，鑄造鋼鐵基表面復合材料的制備方法主要有樹脂砂造型、VRH法—真空置換硬化造型法、鑄滲法、離心鑄造法和自蔓延（SHS）離心鑄造法，對于大多數鑄件而言，由于形狀復雜，因此，鑄滲法應用更加廣泛。

樹脂砂造型工藝采用樹脂類粘結劑在常溫下與固化劑發生化學反應而固化型砂，其砂型不用烘干。與普通水玻璃砂造型相比，可大大提高鑄件的外觀質量和尺寸精度；但造型材料成本高。需要有一套復雜的砂再生設備配套，生產時有一定量的刺激性氣體排出而污染操作業環境。　　

VRH法—真空置換硬化造型法是在水玻璃砂CO₂吹氣硬化法的基礎上發展而成的。此法較適合于傳統的CO₂水玻璃砂工藝的技術改造，投入少，見效快，但難以克服老工藝鑄件表面質量較差的狀況，并仍需一整套水玻璃砂的處理回收設備。目前主要應用于小批量的鑄鋼件生產。

鑄滲又稱鑄造表面合金化，是通過鑄造技術和冶金強化技術來實現鑄件表面改性的，鑄滲法分為普通鑄滲工藝、壓力鑄滲工藝、消失模負壓鑄滲工藝。

普通鑄滲工藝是將配置好的合金粉末與粘結劑、熔劑配制成涂料、膏劑或預制塊，然后刷涂、貼敷、固定在鑄型（芯）的表面上，待鑄型干燥后澆注。金屬液在重力作用下向顆粒層滲透，產生物理和化學的作用，形成具有復合層表面的鑄件。該工藝的優點是：工藝簡單，設備投入少，生產成本低，一般多適用生產表面耐磨鑄件。但其易產生氣孔和夾渣，滲層質量穩定性有待提高；另外一個問題是，對于增強顆粒與基體潤濕性能較差的鑄滲復合層的制備顯得無能為力。

壓力鑄滲工藝是將預制粉末壓坯或粉末放到預熱過的壓鑄模具中，然后澆鑄高溫合金液，接著在合金液表面直接施加壓力，使合金液滲入壓坯或粉末層中。壓力鑄滲的優點是增強了顆粒與合金液的潤濕角，但由于鑄滲法采用的基體金屬多為鑄鐵或鑄鋼，并且是高溫合金液，實際操作起來有一定的難度和制約，模具使用壽命也較短，生產成本高。

消失模鑄造表面復合材料工藝是將配制好的合金涂料涂覆在用可發性聚苯乙烯制成的鑄件模型上，涂刷耐火材料并烘干后，用干砂振動造型。當合金液充型時，泡沫模樣和合金化涂料層中的有機粘結劑等遇高溫合金液分解氣化，產生的氣體在負壓抽力的作用下從涂層空隙中溢出，高溫金屬液在毛細管力、負壓吸力、鐵液靜壓力等作用下，向合金粉末空隙滲入，合金粉末顆粒熔融、分解和擴散，最終與母液結合形成表面具有特殊性能的鑄件。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對現有技術的諸多不足，提供一種工藝操作方便，工藝流程短，能耗低，易于實現工業化生產，尤其是能夠顯著提高高錳鋼的耐磨性能，延長使用壽命的消失模鑄造高錳鋼表面復合材料制備工藝。

實現上述目的采用以下技術方案：

一種消失模鑄造高錳鋼耐磨表面復合材料的制備工藝，包括制備工藝中使用的消失模模樣，其特征在于：其制備工藝包括如下步驟：