[发明专利]一种利用消失模铸造对钢基材料进行表面复合的方法

说明书

技术领域

本发明属于消失模铸造领域，具体涉及一种利用消失模铸造对钢基材料进行表面复合的方法。

背景技术

消失模铸造(简称EPC)是一种近无余量、精确形成并容易实现清洁生产的新技术，也是一门集塑料、化工、机械、铸造为一体的综合行多科的铸造新技术系统工程。自80年的初，Smith干砂消失模铸造专利失效以后，EPC技术开始广泛应用与工业生产，尤其是在汽车行业中得到了飞速的发展，所生产的产品由铝合金铸件(如进气歧管、缸体、缸盖等)和铸铁件(如曲轴、缸盖、变速箱壳体、排气管等)。

消失模铸造是将与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的铸造方法。其主要工艺流程如图1所示。

采用消失模铸造增强相的硬质颗粒(TiC、Al₂O₃等)与浇注的合金液润湿性较差，目前表面强化技术主要有电镀、多元共渗、热喷涂、激光熔覆等，用单一铸渗法获得的涂层存在厚度较浅、冶金结合过渡区较窄，铸造缺陷较多等问题，并且涂层与基体物理性能的差异，裂纹往往在涂层与基体的界面结合处萌生和发展，从而导致涂层的碎裂和剥落。

自蔓延高温合成法是利用外部提供必要的能量诱发热化学反应，形成燃烧波，此后的反应就可在之前反应的热量支持下继续进行，反应蔓延结束后形成所需的材料。采用自蔓延方法在金属表面制备反应熔覆陶瓷颗粒强化层，无需外界能源；产物均为原位生成，避免了外界的污染与夹杂，保证了力学与物理性能；高的放热温度使得产物为熔体，熔覆于金属表面保证涂层的致密性以及强化层与基体的结合强度，同时节省能源，降低生产成本，提高生产效率，适于工业化批量生产。

发明内容

中国专利(申请号为CN201510236852.5)公开了表面颗粒强化复合材料，采用氧化铁粉(或氧化铜粉)、铝粉、钛粉及石墨粉作为自蔓延反应粉末，进行自蔓延反应在基体表面获得了表面颗粒强化复合材料，然而检测获得的表面颗粒强化复合材料的硬度只有HRC30-40，硬度较低。

为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种用于消失模铸造对钢基材料进行表面复合的自蔓延反应粉末，包括氧化铁皮、钛白粉、铝粉、30钛铁粉、石墨碳粉、硼砂。

本发明采用的自蔓延反应粉末含有氧化铁皮，钢水注入时会使得自蔓延反应粉末中的石墨炭粉与铝粉燃烧，氧化铁皮中的主要成分为Fe₂O₃、Fe₃O₄和FeO，在石墨炭粉与铝粉燃烧过程中会使得石墨炭粉与Fe₂O₃、Fe₃O₄和FeO进行还原反应，进一步产生热量，从而使自蔓延反应粉末制备的预制块与钢基材料进行表面复合，在钢基表面形成一层含有特殊化学成分、化学结构形成的颗粒强化及位错强化组织的复合层，从而达到提高硬度和耐磨性能的目的。

本发明采用的硼砂的作用为，1.去除合金粉颗粒表面氧化膜及改善合金粉与钢液间的润湿性。2.用作表面活性剂，减少钢液的表面张力，从而改善铸渗层质量。

30钛铁粉成本较低，其中通过反应可得到符合效果，从而达到最佳状态，氧化铁作为预制块中的强氧化剂提供反应所需要的热量。氧化铁皮选料价格更加低廉，能提供更多的反应所需要的热量。

本发明的目的之二是提供一种用于消失模铸造对钢基材料进行表面复合的预制块，由上述自蔓延反应粉末制备获得。

本发明的目的之三是提供一种用于消失模铸造对钢基材料进行表面复合的泡塑模型，所述泡塑模型中设有上述预制块。

本发明的目的之四是提供一种利用消失模铸造对钢基材料进行表面复合的方法，利用上述自蔓延反应粉末、上述预制块或上述泡塑模型，采用消失模铸造工艺通过钢水的自蔓延高温合成，在钢基材料表面复合形成颗粒强化及位错强化组织的复合层。

本发明的目的之五是提供一种上述自蔓延反应粉末、上述预制块、上述泡塑模型或上述方法在铸造工件中的应用。大幅减少合金材料使用量，降低工件加工成本。

本发明的有益效果为：