[发明专利]一种包含球墨铸铁的复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种包含球墨铸铁的复合材料的制备方法，包括：步骤一，设计氧化物混合原料的成分；步骤二，将氧化物混合原料研磨，分别制成细粒氧化物原料和粗粒氧化物原料；步骤三，设计球墨铸铁的化学成分；步骤四，将球墨铸铁的原料混合后利用感应炉熔炼，制成球墨铸铁制件，当制件成型冷却至500‑600℃时利用超音速火焰喷涂依次将粗粒氧化物原料和细粒氧化物原料喷涂至球墨铸铁表面，保温0.5‑1h后，整体在950‑980℃烧结2‑4h，得到所需复合材料。本发明中通过改进氧化物保护层原料的组成和球墨铸铁本身的化学组成使两者能够形成紧密结合的复合材料，提升了球墨铸铁表面防护的等级，从而大幅提升了球墨铸铁的使用寿命。

技术领域

本发明属于金属复合材料领域，具体涉及一种包含球墨铸铁的复合材料的制备方法。

背景技术

铸铁是一种铁碳合金，其特征为含碳量高，碳元素的质量百分含量大于2%，还含有较多的硅、锰、磷、硫等杂质元素。碳在铸铁中大部分以碳化物或者游离态的石墨存在，还有极少量固溶于铁素体。铸铁中的石墨晶格类型为简单六方晶格，其基面中的原子间距为0.142nm，结合力较强，但是两基面之间的面间距是0.340nm，结合力弱，因此石墨的基面很容易滑动，其强度、硬度、塑性和韧性极低，常以片状形态存在。球墨铸铁中的石墨是球状的，强度和韧性高于灰铸铁等其他铸铁，同时具有优异的铸造性、高的阻尼性、好的切削加工性，并且与性能相近的钢铁相比，具有相对低廉的价格，因此在工业中获得了广泛的应用，如曲轴、凸轮轴、热轧辊等耐磨件往往采用球墨铸铁制造，在制造业中的用量位居所有金属材料的第二位。球墨铸铁也叫延性铸铁，其中的石墨扮演止裂器的角色，使其具有优异的人性和延性。球墨铸铁的多样性使其适合更多的应用，被认为是钢的替代品，但是由于球状石墨镶嵌在铁基体中，使得铁基体的强度不连续，而且在冲击载荷下球状石墨为裂纹源，容易造成基体的开裂。

尽管球墨铸铁材料具有相应的优缺点，但是由于其优点突出——具有铁的本质、钢的性能、防腐性能优异、延展性能好，在工业领域仍旧得到了非常广泛的应用，尤其在管道运输领域，是优于塑料管道的金属材料的首选，从安装便利性和维护造价来看，具有优越的性价比。但是球墨铸铁材料也具有铁质材料的共性缺点——随着使用寿命的推移表面会逐渐被腐蚀。目前，针对球墨铸铁管道材料的防腐采用较多的是利用水泥砂浆涂层进行防腐或者高分子防护涂层进行防腐。现有技术中的防护方法尽管应用较多，但是仍旧存在防护层与球墨铸铁件之间结合力的问题，以及防护层随着使用时间的推移防护能力断层下降的问题，迄今为止并没有有效的方法对上述问题进行解决。

发明内容

为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种利用氧化物保护层对球墨铸铁制件表面进行保护的方法，提供了一种包含球墨铸铁的复合材料的制备方法。本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：

本发明中提供的一种包含球墨铸铁的复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，设计氧化物混合原料的成分及质量百分比为：ZrO₂15-18%、HfO₂3-5%、Cr₂O₃1-2%、SiO₂14-16%、MnO₂3-7%、BaO0.5-0.9%、CuO0.1-0.3%，余量为Al₂O₃；

步骤二，将氧化物混合原料研磨，分别制成平均粒度为0.05-0.1μm的细粒氧化物原料和平均粒度为1-2μm的粗粒氧化物原料；

步骤三，设计球墨铸铁的化学成分及质量百分比为：C3.85-3.92%、Si1.5-1.7%、Mn0.55-0.60%、P≤0.02%、S≤0.02%、Cr≤0.02%、B0.015-0.023%、Mo0.3-0.5%、Cu0.7-0.9%、Mg0.02-0.03%、Ni1.0-1.15%、V0.03-0.045%，余量为铁以及不能避免的杂质；所述球墨铸铁的原材料主要采用生铁和废钢，其余的采用钼铁、紫铜、铬铁、锰铁、钒铁；