[发明专利]一种改性陶瓷颗粒增强铁基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种改性陶瓷颗粒增强铁基复合材料及其制备方法，对ZTA_P陶瓷颗粒进行预热处理，然后采用物理气相沉积的方法得到镀镍铬合金的ZTA_P陶瓷颗粒；将镀镍铬合金的ZTA_P陶瓷颗粒与微米级的NiCrAlY合金粉末以及酒精进行混合搅拌，经定型和烘干处理后制得具有蜂巢状结构的预制体；将预制体在1250～1450℃的高温下进行真空烧结处理，降温后浇铸高铬铸铁液态金属，经冷却后制得改性陶瓷颗粒增强铁基复合材料。本发明通过对ZTA_P陶瓷表面金属化有效改善复合材料界面结合性能和耐磨性。

技术领域

本发明属于耐磨材料制备技术领域，具体涉及一种改性陶瓷颗粒增强铁基复合材料及其制备方法。

背景技术

陶瓷颗粒增强钢铁基复合材料广泛应用于矿山、冶金、水泥和电力等领域关键耐磨部件，目前，国产大型耐磨部件由于稳定性和抗磨性差，使用寿命短，成为影响物料磨粉应用领域出粉率的关键因素，因而国内大型耐磨部件仍主要采用国外进口产品。

陶瓷颗粒增强钢复合材料因引入增强相，表现出优异的抗磨性能，高铬铸铁基体提供了较好的韧性兼具高强度，陶瓷材料高硬度、高耐磨等优点，在服役工况下具有良好的使用性能。碳化物陶瓷和氧化物陶瓷，是目前应用最为广泛的增强颗粒，其中碳化钨陶瓷可以与金属铁基体在界面形成Fe₃W₃C，确保了界面形成冶金结合，但是碳化钨陶瓷价格昂贵，制造成本高，界面处易因热应力产生裂纹；氧化铝陶瓷由于具有较高的硬度且与钢铁基体物理性能相匹配，但是氧化铝与铁基体不润湿，脆性大；ZTA陶瓷由于其中ZrO₂陶瓷的自增韧效应可作为替代氧化铝陶瓷的理想增强相，但是ZTA陶瓷与金属基体铁界面仍以机械结合为主，严重影响复合材料的使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种改性陶瓷颗粒增强铁基复合材料及其制备方法，通过对ZTA_P陶瓷表面金属化有效改善复合材料界面结合性能和耐磨性。

本发明采用以下技术方案：

一种改性陶瓷颗粒增强铁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、对ZTA_P陶瓷颗粒进行预热处理，然后采用物理气相沉积的方法制得镀镍铬合金的ZTA_P陶瓷颗粒；

S2、将镀镍铬合金的ZTA_P陶瓷颗粒，微米级的NiCrAlY合金粉末以及酒精进行混合搅拌，经定型和烘干处理后制得具有蜂巢状结构的陶瓷预制体；

S3、将陶瓷预制体在1250～1450℃的高温下进行真空烧结处理，降温后浇铸高铬铸铁液态金属，经冷却后制得改性陶瓷颗粒增强铁基复合材料。

具体的，步骤S1中，ZTA_P陶瓷颗粒的颗粒大小为3～5mm。

具体的，步骤S1中，预热处理前，先对ZTA_P陶瓷颗粒进行表面微粗糙化，得到粗糙度为4～10μm的ZTA_P陶瓷颗粒。

具体的，步骤S1中，预热处理的温度为300～400℃。

具体的，步骤S1中，采用真空多弧离子镀的方法在ZTA_P陶瓷颗粒的表面镀覆镍铬合金，镀覆过程中连续旋转盛放ZTA_P陶瓷颗粒的转盘。

具体的，步骤S2中，微米级的NiCrAlY合金粉末的颗粒大小为40～60μm，NiCrAlY合金粉末占镀镍铬合金ZTA_P陶瓷颗粒质量的10％～30％，酒精占镀镍铬合金ZTA_P陶瓷颗粒和NiCrAlY粉末总质量的5％～10％。

具体的，步骤S3中，真空高温烧结热处理具体为：