專利名稱：一種金屬陶瓷復合耐磨材料的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種金屬陶瓷復合耐磨材料，具體是指一種用于物料輸送系統的金屬陶 瓷復合耐磨材料。
技術背景在冶金、電力、建材、機械、化工等行業的物料輸送系統中，大多采用高錳鋼和耐磨合 金等制作耐磨襯板。雖然金屬材料制成的襯板具有良好的強韌性，但這種襯板重量大，硬度 低，耐磨性能差，壽命短，需要勤換襯板，這無疑加重了工人的勞動強度，增加了成本，停 機檢修也降低了設備的利用率。因此，開發新型耐磨材料，提髙物料輸送系統的抗磨性能， 是工業領域普遍關注的問題。目前用金屬材料制造耐磨襯板常用鑄造或者堆焊技術，如專利號ZL94107290.8的實用新 型專利公開了采用鑄造方法生產高強度髙絡鑄鐵襯板的方法。堆焊技術則是將耐磨材料熔敷 到低碳鋼等基板上制成復合耐磨鋼板，如1996年《焊接技術》雜志刊登的論文"加粉堆焊工 藝及耐磨堆焊復合鋼板的應用"，介紹了復合耐磨鋼板的一種制備技術。陶瓷材料所具有的高強度、高硬度、耐高溫、耐磨、耐腐蝕、抗氧化等性能遠遠優于金 屬材料和高分子材料。但是，脆性是陶瓷材料的一個致命弱點。因此，陶瓷材料只適于沖擊 載荷不大的工況。如實用新型專利ZL03207616,9 "焊接式耐磨陶瓷片"，其陶瓷片由氧化鋁粉 經高溫燒制工藝制作，在陶瓷片的中部設有1~2個圓錐形焊接孔，采用塞焊工藝連接到耐磨 構件上，若干塊連接形成整體。該專利解決了將陶瓷片粘貼于磨損部位，使用中容易脫落的 問題。用金屬材料制作的耐磨件韌塑性好，能夠承受沖擊，但硬度較低，耐磨性較差。陶瓷材 料雖然硬度高，耐磨性能優良，但韌性差，易碎。如果把兩者結合起來制成復合材料，可以 充分發揮兩者各自的優點，達到既耐磨，又抗沖擊的目的。如公開號為CN101024556A的實 用新型專利"一種金屬陶瓷耐磨復合材料及制備方法"，該專利以金屬耐磨板為基體，在鋼板 上鑿孔，將耐磨陶瓷材料鑲嵌在鋼板孔內，陶瓷和基體之間的間隙用有機或者無機膠做粘接 劑填充。這種陶瓷與金屬的復合方法采用粘接技術，結合強度低，不適于高溫環境，粘接劑 容易老化，使得陶瓷材料容易脫落，造成耐磨件失效。隨著機械零部件使用工況的日益苛刻，如磨損、腐蝕、高溫等，對低成本、使用方便、 生產效率高、性能優異的耐磨材料的需求也更加迫切。 實用新型內容本實用新型的目的就是針對現有金屬陶瓷復合材料中金屬與陶瓷的結合強度低、粘接劑 易老化、耐磨陶瓷容易脫落、不適于高溫工況等問題，本實用新型提出了一種可使金屬與陶 瓷牢固焊接，從而提高復合材料耐磨性，降低使用成本，滿足生產要求等優點的金屬陶瓷復 合耐磨材料。為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案一種金屬陶瓷復合耐磨材料，它包括基板，所述基板上開設有若干個盲孔，在盲孔內設 有與盲孔相匹配的耐磨陶瓷塊，耐磨陶瓷塊與盲孔焊接連接。所述基板厚度在3-40mm，盲孔深度小于基板厚度；或者所述基板厚度在3-40mm,在基 板上設有若干個通孔，在基板的一面焊接與基板同樣尺寸、厚度為2-20mm的底板，使所有 的通孔成為盲孔；基板為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼中的一種。所述基板優選低碳鋼或低合金鋼。所述盲孔的橫截面為圓形或多邊形(如矩形、三角形、菱形等)或其他規則形狀，面積 不小于4平方毫米，相鄰盲孔邊緣之間的最小距離不小于0.8010!。所述耐磨陶瓷塊為氧化鋁陶瓷、氧化鎂陶瓷、氧化鋯陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷、 塞隆陶瓷中的一種所制成的多面體或者旋轉體，耐磨陶瓷塊的高度為2 38mm與盲孔深度相 同，體積不小于8立方毫米，耐磨陶瓷塊與盲孔之間的最大間隙為0.r"8mm。所述耐磨陶瓷塊優先選用氧化鋁陶瓷。本實用新型選擇厚度為3~40mm的基板，其長度和寬度可以根據需要任意確定。在基板 上開面積不小于4平方毫米的盲孔，盲孔在基板上均勻分布，相鄰盲孔邊緣之間的最小間距 不小于O.Smm。或者在基板上開面積不小于4平方毫米的通孔，通孔在基板上均勻分布，相 鄰通孔邊緣之間的最小間距不小于0.8mm,然后在基板的一面焊接上與基板同樣尺寸、厚度 為2 20mm的底板，使所開的通孔成為盲孔。采用已有技術制作與上述盲孔尺寸匹配的耐磨 陶瓷塊，耐磨陶瓷塊安裝到盲孔，要求耐磨陶瓷塊與盲孔之間的最大間隙為0.1~8mm，耐磨 陶瓷塊的高度與盲孔的深度一樣，以保證耐磨陶瓷塊放入盲孔時，表面平整。最后將耐磨陶 瓷塊與盲孔之間的間隙用焊接方法填滿金屬，在焊接熱作用下，通過擴散與反應使陶瓷與金 屬達到高強度結合。最后將焊縫打磨平整，裸露陶瓷的面即為耐磨面。本實用新型的基板材質根據磨損部位的工況確定，可以選用低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、 低合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼等，優選選用低碳鋼或低合金鋼，如Q195、 0235、 Q345等。室 溫、無腐蝕的磨料磨損工況，可以采用低碳鋼，有腐蝕介質的工況則采用不銹鋼，高溫工況采用耐熱鋼。耐磨陶瓷塊的幾何體為多面體或者旋轉體，多面體優先選用棱臺、直棱柱；回轉體優先 選用圓臺、圓柱。耐磨陶瓷塊的高度為2~38mm，體積不小于8立方毫米。耐磨陶瓷塊的尺 寸與基板上盲孔尺寸匹配，耐磨陶瓷塊與盲孔之間的最大間隙為0.1~8mm，耐磨陶瓷塊的高 度與盲孔的深度一樣。耐磨陶瓷塊的材質選用氧化鋁陶瓷、氧化鎂陶瓷、氧化鋯陶瓷、碳化 硅陶瓷、氮化硅陶瓷，塞隆陶瓷，優先選用氧化鋁陶瓷。本實用新型所述金屬陶瓷復合耐磨材料的應用和實施具有如下明顯效果(1) 金屬陶瓷復合耐磨材料既有金屬材料韌塑性好，抗沖擊的優點，又有陶瓷材料硬 度高，耐磨性能優良的長處。(2) 金屬與陶瓷的結合強度高；(3) 克服了原有金屬陶瓷耐磨復合材料所用的粘接劑容易老化的弊端，解決了使用過 程容易脫落的技術難題；(4) 本實用新型的金屬陶瓷耐磨復合材料可應用于高溫環境，與粘接劑制成的同類產 品不能用于高溫工況相比，擴大了應用范圍，為高溫磨損工況提供了耐磨材料。(5) 金屬陶瓷復合耐磨材料與其他構件的連接是金屬與金屬的連接，比陶瓷與金屬連 接容易得多，方便制成耐磨結構件。
圖l為金屬陶瓷復合耐磨材料(板材)的上表面； 圖2為金屬陶瓷復合耐磨材料(板材)的局部剖視圖。 其中l耐磨陶瓷塊，2基板，3焊縫，4盲孔。
具體實施方式
以下結合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明。圖l、圖2中，金屬陶瓷復合耐磨材料包括基板2，基板2上開設有若干個盲孔4，在盲孔4 內設有與盲孔4相匹配的耐磨陶瓷塊1，耐磨陶瓷塊1與盲 L4焊接連接。基板2厚度在3-40mm， 盲孔4深度小于基板2厚度；或者基板2厚度在3-40mm,在基板2上設有若干個通孔，在基板2 的一面焊接與基板2同樣尺寸、厚度為2-20mm的底板，使所有的通孔成為盲孔4;基板2為低 碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼中的一種。基板2優選低碳鋼或低合金 鋼。盲孔4的橫截面為圓形或矩形或三角形或菱形或其他規則形狀，面積不小于4平方毫米， 相鄰盲孔4邊緣之間的最小距離不小于0.801爪。耐磨陶瓷塊l為氧化鋁陶瓷、氧化鎂陶瓷、氧5化鋯陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷、塞隆陶瓷中的一種所制成的多面體或者旋轉體，耐磨 陶瓷塊l的高度為2 38mm與盲孔4深度相同，體積不小于8立方毫米，耐磨陶瓷塊1與盲孔4 之間的最大間隙為0.1 8mm。耐磨陶瓷塊l優選氧化鋁陶瓷。本實用新型的金屬陶瓷復合耐 磨材料并不僅限于板材，也適合于其他形狀，如圓管、不規則的幾何體等，改變形狀的金屬 陶瓷復合耐磨材料也在本專利的保護范圍之內。
權利要求1.一種金屬陶瓷復合耐磨材料，它包括基板，其特征是，所述基板上開設有若干個盲孔，在盲孔內設有與盲孔相匹配的耐磨陶瓷塊，耐磨陶瓷塊與盲孔焊接連接。
2. 如權利要求1所述的金屬陶瓷復合耐磨材料，其特征是，所述基板厚度在3-40mm，盲 孔深度小于基板厚度或者所述基板厚度在3-40mm，在基板上設有若干個通孔，在基板的一 面焊接與基板同樣尺寸、厚度為2-20mm的底板，使所有的通孔成為盲孔；基板為低碳鋼、 中碳鋼、高碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼中的一種。
3. 如權利要求2所述的金屬陶瓷復合耐磨材料，其特征是，所述基板優選低碳鋼或低合金鋼。
4. 如權利要求1或2所述的金屬陶瓷復合耐磨材料，其特征是，所述盲孔的橫截面為圓形 或多邊形或其他規則形狀，面積不小于4平方毫米，相鄰盲孔邊緣之間的最小距離不小于 0.8mm。
5. 如權利要求1所述的金屬陶瓷復合耐磨材料，其特征是,所述耐磨陶瓷塊為氧化鋁陶瓷、 氧化鎂陶瓷、氧化鋯陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷、塞隆陶瓷中的一種所制成的多面體或 者旋轉體，耐磨陶瓷塊的高度為2 38mm與盲孔深度相同，耐磨陶瓷塊的體積不小于8立方毫 米，耐磨陶瓷塊與盲孔之間的最大間隙為0.:T8mm。
6. 如權利要求5所述的金屬陶瓷復合耐磨材料，其特征是，所述耐磨陶瓷塊優先選用氧化 鋁陶瓷。
專利摘要本實用新型公開了一種金屬陶瓷復合耐磨材料。它解決了現有金屬陶瓷復合材料中金屬與陶瓷的結合強度低、粘接劑易老化、耐磨陶瓷容易脫落、不適于高溫工況等問題，具有可使金屬與陶瓷牢固焊接，從而提高復合材料耐磨性，降低使用成本，滿足生產要求等優點。其結構為它包括基板，所述基板上開設有若干個盲孔，在盲孔內設有與盲孔相匹配的耐磨陶瓷塊，耐磨陶瓷塊與盲孔焊接連接。
文檔編號F16S1/00GK201412666SQ20092002567
公開日2010年2月24日 申請日期2009年5月19日 優先權日2009年5月19日
發明者孫俊生 申請人:山東大學