專利名稱：氮化鈦絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐磨復(fù)合材料的制備工藝，特別涉及一種氮化鈦絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝。本發(fā)明應(yīng)用于航空航天、礦山、建材、冶金、電力及汽車、鐵路等行業(yè)耐磨、耐腐蝕材料的制造工藝。
背景技術(shù)：
鋁合金由于具有比強(qiáng)度高、比密度小、耐腐蝕以及良好的鑄造性能等特點(diǎn)，在汽車、航空航天等領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛。然而，由于鋁合金硬度相對較低，耐磨性不夠理想。鎂合金以其低密度、磁屏蔽及易回收等優(yōu)點(diǎn)而成為當(dāng)前材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但鎂合金的強(qiáng)度較低，耐磨性能不佳。鋁合金、鎂合金的硬度、強(qiáng)度較低，耐磨性能差不僅使它們的應(yīng)用受到一定的限制，而且用鋁合金、鎂合金生產(chǎn)的磨損件很快失效，頻繁更換，不僅浪費(fèi)大量金屬材料，且造成巨大的停工停產(chǎn)損失，已成為制約生產(chǎn)發(fā)展的一個(gè)障礙。
目前生產(chǎn)上為提高鋁合金、鎂合金的強(qiáng)度、硬度、耐磨性，采取了各種方法，如合金化、熱處理等方法，這些方法雖然能提高鋁合金、鎂合金耐磨性，但提高幅度不理想。近年來，復(fù)合材料的研究和發(fā)展較快，出現(xiàn)了許多制造耐磨復(fù)合材料的新工藝、新方法，如顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等，這些制造復(fù)合材料的新工藝、新方法的應(yīng)用使零件的耐磨性和使用壽命大大提高，但由于這些耐磨復(fù)合材料的制備工藝難以控制穩(wěn)定，如顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料中顆粒增強(qiáng)相的均勻性難以控制，使得耐磨復(fù)合材料的推廣應(yīng)用受到限制。針對不同的工況，從材質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、制造工藝等方面進(jìn)行深入研究，開發(fā)出一種新的耐磨復(fù)合材料的制備工藝，以提高耐磨材料的耐磨性?，F(xiàn)有技術(shù)中，有采用鋼、合金鋼金屬絲網(wǎng)與陶瓷耐磨材料的復(fù)合工藝，對材料的耐磨損性等性能指標(biāo)進(jìn)行了改進(jìn)和提高，但這些技術(shù)耐磨性能提高不顯著，得到的復(fù)合材料韌性較差?，F(xiàn)有技術(shù)中，還有通過對零件整體氮化提高零件表面耐磨性能的技術(shù)，但這種技術(shù)只能在整個(gè)零件的全部外表形成很薄的氮化層，不能根據(jù)需要提高零件局部的耐磨性及調(diào)整耐磨層的厚度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氮化鈦絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，用該方法制備的復(fù)合材料能夠更好的滿足抗沖擊性、耐腐蝕性、耐高溫、耐磨損性等多種工況要求；具有使用壽命長、價(jià)格低、輕質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的該制備工藝包括以下步驟(1)、用鈦金屬絲編織鈦金屬絲網(wǎng)；(2)、鈦金屬絲網(wǎng)放入氣體氮化爐中，在氮?dú)饣虬睔夥罩杏?000℃～1400℃下進(jìn)行氮化1小時(shí)～5小時(shí)，制作出氮化鈦絲網(wǎng)；(3)、將制作好的氮化鈦絲網(wǎng)固定在耐磨工件鑄型的相應(yīng)部位，合型、澆注；(4)、熔煉金屬材料，得到液態(tài)金屬材料；(5)、采用鑄造方法將液態(tài)金屬材料澆入耐磨工件的鑄型中。
所述鈦金屬絲直徑為0.01～2.5mm。
所述鈦金屬絲網(wǎng)編織成單層或多層矩形或正方形，其間距為在0.01～10.0mm。
所述鈦金屬絲網(wǎng)根據(jù)放置鈦金屬絲網(wǎng)的耐磨工件部位及尺寸確定其形狀及尺寸，進(jìn)行裁剪，并壓制成與耐磨工件一致的形狀。
對制成一定形狀的鈦金屬絲網(wǎng)用酸或丙酮洗滌，進(jìn)行表面除銹、除污、除油處理；用堿液清除鈦金屬絲網(wǎng)表面的氧化皮。
所述金屬材料為鋁合金或鎂合金。
所述步驟(5)采用鑄造方法為重力砂型鑄造、離心鑄造、差壓鑄造、低壓鑄造或真空吸鑄。
本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明將鈦金屬絲網(wǎng)在氮化爐中于氮化氣氛進(jìn)行氮化處理，得到高硬度、耐磨、耐腐蝕的氮化鈦絲網(wǎng)，然后用鑄造的方法制備復(fù)合材料，一方面利用氮化鈦絲網(wǎng)強(qiáng)化基體，提高了基體金屬的耐磨性、耐腐蝕、耐高溫性，另一方面，解決了顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料制備中，增強(qiáng)相難以均勻化分布的難題，可以根據(jù)需要使增強(qiáng)相在金屬液中隨意分布。
2、本發(fā)明的氮化鈦絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料制備工藝中，既根據(jù)不同的工況，將氮化鈦絲網(wǎng)固定于鑄型的局部，澆注液態(tài)金屬材料后冷卻，得到局部耐磨、耐腐蝕性提高的零件，復(fù)合層厚度可根據(jù)工況要求進(jìn)行調(diào)整；又可將氮化鈦絲網(wǎng)固定于整個(gè)鑄型型腔中澆注液態(tài)金屬后冷卻，提高整個(gè)零件的耐磨、耐腐蝕性。
3、用本發(fā)明制備的復(fù)合材料質(zhì)輕、耐磨、耐腐蝕、耐高溫，是當(dāng)今很有前途的復(fù)合材料。
4.該工藝可控性強(qiáng)、成品率高、生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，適用于任何形狀、任何大小規(guī)格的鋁合金、鎂合金耐磨、耐腐蝕零件，應(yīng)用面廣。


下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明圖1為本發(fā)明工藝流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例活塞環(huán)截面圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例活塞環(huán)絲網(wǎng)截面圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例復(fù)合材料活塞環(huán)截面圖；具體實(shí)施方式
實(shí)施例現(xiàn)以氮化鈦絲網(wǎng)-鋁硅合金活塞環(huán)為例如圖1至4所示，活塞環(huán)3是一個(gè)截面為圓環(huán)形柱狀零件，在實(shí)際應(yīng)用中活塞環(huán)3外圓柱面4與活塞相連，活塞環(huán)3的內(nèi)表面5也為圓柱面，內(nèi)表面5是易磨損部位，因此要求活塞環(huán)3的內(nèi)表面5耐磨，所以鑄造時(shí)將氮化鈦絲網(wǎng)1安放在鑄型中活塞環(huán)3的內(nèi)表面5的相應(yīng)位置，以提高活塞環(huán)3的內(nèi)表面5的耐磨性。氮化鈦絲網(wǎng)1的形狀是截面為圓環(huán)形的圓柱狀，內(nèi)圓柱面與活塞環(huán)3的內(nèi)表面5形狀一致，厚為3～20mm。
本實(shí)施例中金屬材料采用鋁硅合金，還可以采用其他鋁合金或鎂合金，現(xiàn)以氮化鈦絲網(wǎng)-鋁硅合金活塞環(huán)為例制作氮化鈦絲網(wǎng)-鋁硅合金活塞環(huán)步驟如下1.選用直徑為為0.01～2.5mm的鈦金屬絲。
2.用鈦金屬絲編織多層矩形鈦金屬絲網(wǎng)，鈦金屬絲網(wǎng)中鈦金屬絲間距一般控制在0.01～10.0mm。
3.根據(jù)放置氮化鈦絲網(wǎng)1的部位及尺寸確定氮化鈦絲網(wǎng)1的形狀及尺寸，相應(yīng)地確定鈦金屬絲網(wǎng)的形狀及尺寸，進(jìn)行裁剪，卷成截面為環(huán)形的圓柱體。
4.對卷成截面為環(huán)形的圓柱體鈦金屬絲網(wǎng)用酸或丙酮洗滌，進(jìn)行表面除銹、除污、除油處理；用堿液清除鈦金屬絲網(wǎng)表面的氧化皮。
5.將卷成截面為環(huán)形圓柱體并除銹、除污、除油、除去氧化皮后的鈦金屬絲網(wǎng)放入氣體氮化爐中，在氮?dú)饣虬睔夥罩杏?000℃～1400℃下進(jìn)行氮化1小時(shí)～5小時(shí)，制作出氮化鈦絲網(wǎng)1；如圖3所示。
6.將氮化鈦絲網(wǎng)1固定在活塞環(huán)鑄型的相應(yīng)部位，合型，等待澆注。
7.熔煉鋁硅合金2，然后將液態(tài)鋁硅合金2澆入鑄型，待鋁硅合金2完全凝固、冷卻后，去除鑄型、澆注系統(tǒng)、飛邊、毛刺，即制備出以耐磨、耐腐蝕性能優(yōu)良的氮化鈦絲網(wǎng)1為增強(qiáng)相的氮化鈦絲網(wǎng)鋁硅合金復(fù)合材料活塞環(huán)。見圖4對于其他耐磨、耐腐蝕、耐高溫零件的制備，除金屬材料和氮化鈦絲網(wǎng)的絲材直徑和絲材間距改變外，采用實(shí)施例一、二相同的工藝步驟。
權(quán)利要求
1.一種氮化鈦絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于該制備工藝包括以下步驟(1)、用鈦金屬絲編織鈦金屬絲網(wǎng)；(2)、鈦金屬絲網(wǎng)放入氣體氮化爐中，在氮?dú)饣虬睔夥罩杏?000℃～1400℃下進(jìn)行氮化1小時(shí)～5小時(shí)，制作出氮化鈦絲網(wǎng)；(3)、將制作好的氮化鈦絲網(wǎng)固定在耐磨工件鑄型的相應(yīng)部位，合型、澆注；(4)、熔煉金屬材料，得到液態(tài)金屬材料；(5)、采用鑄造方法將液態(tài)金屬材料澆入耐磨工件的鑄型中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化鈦絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于所述鈦金屬絲直徑為0.01～2.5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化鈦絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于所述鈦金屬絲網(wǎng)編織成單層或多層矩形或正方形，其間距為在0.01～10.0mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述氮化鈦絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于所述鈦金屬絲網(wǎng)根據(jù)放置氮化鈦絲網(wǎng)的耐磨工件部位及尺寸確定其形狀及尺寸，進(jìn)行裁剪，并壓制成與耐磨工件一致的形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述氮化鈦絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于對制成一定形狀的鈦金屬絲網(wǎng)用酸或丙酮洗滌，進(jìn)行表面除銹、除污、除油處理；用堿液清除鈦金屬絲網(wǎng)表面的氧化皮。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化鈦絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于所述金屬材料為鋁合金或鎂合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化鈦絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于所述步驟(5)采用鑄造方法為重力砂型鑄造、離心鑄造、差壓鑄造、低壓鑄造或真空吸鑄。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氮化鈦絲網(wǎng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝，該制備工藝包括以下步驟用鈦金屬絲編織鈦金屬絲網(wǎng)；鈦金屬絲網(wǎng)放入氣體氮化爐中，在氮?dú)饣虬睔夥罩杏?000℃～1400℃下進(jìn)行氮化1小時(shí)～5小時(shí)，制作出氮化鈦絲網(wǎng)；將制作好的氮化鈦絲網(wǎng)固定在耐磨工件鑄型的相應(yīng)部位，合型、澆注；熔煉鋁合金或鎂合金，得到液態(tài)鋁合金或鎂合金；采用鑄造方法將液態(tài)鋁合金或鎂合金澆入耐磨工件的鑄型中。用該方法制備的復(fù)合材料能夠更好的滿足抗沖擊性、耐腐蝕性、耐高溫、耐磨損性等多種工況要求；具有使用壽命長、價(jià)格低、輕質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C22C101/16GK101029377SQ200710017430
公開日2007年9月5日 申請日期2007年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者劉環(huán), 許云華, 張勝利, 牛立斌 申請人:西安建筑科技大學(xué)