[发明专利]复合材料磨损部件

说明书

本发明披露了一种分级复合材料磨损部件，其在最暴露于磨损的部分中包含增强体，该增强体包含周期性交替的毫米级陶瓷‑金属复合材料粒料与毫米级间隙的三维互连网络，所述陶瓷‑金属复合材料粒料包含至少52vol％、优选至少61vol％、更优选至少70vol％的嵌入第一金属基质中的微米级碳化钛颗粒，这些陶瓷‑金属复合材料粒料具有至少4.8g/cmsupgt;3/supgt;的密度，该陶瓷‑金属复合材料粒料与其毫米级间隙的三维互连网络嵌入第二金属基质中，所述增强体包含平均至少23vol％、更优选至少28vol％、最优选至少30vol％的碳化钛，该第一金属基质不同于该第二金属基质，该第二金属基质包含铸造铁合金。

技术领域

本发明涉及一种通过铸造技术获得的对组合的磨损/冲击应力具有改进抗性的分级复合材料磨损部件。该磨损部件包含聚集的毫米级陶瓷-金属复合材料粒料与毫米级间隙的三维网络，其中基于TiC的微米级颗粒嵌入在称为第一金属基质的粘结剂中，毫米级间隙由本发明中称为第二金属基质的铸造金属填充。

背景技术

本发明涉及用于研磨和粉碎工业(诸如水泥厂、采石场和矿场)中的磨损部件。这些部件时常主体经受高机械应力并且工作面经受高摩擦磨损。因此，期望的是这些部件应表现出高耐磨性和某种程度的延性以便能够承受住诸如冲击等机械应力。

考虑到这两种特性难以用同一种材料组成来满足，所以在过去已经提出复合材料部件，其具有由相对延性的合金制成的芯，在芯中嵌入具有良好耐磨性的陶瓷镶嵌物。

文件US 4,119,459(Sandvik，1977)披露了由铸铁和烧结的硬质合金粉碎粒料构成的复合材料磨损体。在粘结剂金属中硬质合金是WC-Co-类型，可能添加有Ti、Ta、Nb或其他金属的碳化物。未给出关于在粒料中或在磨损体的增强部分中可能的TiC的体积百分比的指示。

文件US 4,626,464(Krupp，1984)披露了要安装在锤子中的锤头，其除了包含铁合金之外，还包含金属合金基础材料和含有硬金属颗粒的耐磨区，硬金属颗粒具有从0.1至20mm的直径，并且在耐磨区中硬金属颗粒的百分比在25与95体积百分比之间；并且其中所述硬颗粒牢固地嵌入在所述金属合金基础材料内。在此文件中未披露在增强部分中可能的TiC的平均体积浓度。

US 5,066,546(Kennametal，1989)披露了分级耐磨体，其包含一系列碳化物材料的至少一个层，其中碳化钛嵌入在铸钢基质中。碳化物材料具有4.7与9.5mm之间的粒度，其中所述碳化物材料是呈具有不规则形状的粉碎的零件、粉末或压制体的形式。此文件既没有披露磨损体的增强部分中TiC的平均浓度，也没有披露增强结构的组成。

文件US 8,999,518 B2披露了分级复合材料，其包含根据限定的几何形状用碳化钛增强的铁合金，其中所述增强部分包含由基本不含微米级碳化钛球形颗粒的毫米级区域(所述区域被铁合金填充)间隔开的集中有微米级碳化钛球形颗粒的毫米级区域的交替宏观-微观结构。在此专利中，当Ti和C的粉末共混物以95％的最大相对密度压实时，最大TiC浓度是72.2vol％。粒料的孔隙率高于5vol％，并且在不存在可能的反应慢化剂的情况下仅一种金属基质(铸造金属)存在。该分级复合材料通过自蔓延高温合成(SHS)来获得，其中一般达到高于1,500℃，或者甚至2,000℃的反应温度。仅需要很少的能量来局部引发反应。然后，该反应将自发地蔓延至整个的试剂混合物。

此文件的分级复合材料是通过在包含碳和钛粉末混合物的粒料的模具中反应而获得。在引发反应之后，形成反应前沿，其因此自发蔓延(自蔓延)并且允许从钛和碳获得碳化钛。由此获得的碳化钛据说是“原位获得”的，因为其不是从铸铁合金提供的。此反应由用于铸造整个零件并因此用于铸造非增强部分和增强部分二者的铸铁或钢的铸造热引发。Ti+C→TiC SHS反应是非常放热的，理论绝热温度为3290K。