表面鑄滲耐磨材料的現(xiàn)狀及趨勢

摘 要：總結(jié)鑄滲過程研究中的主要問題，指出鑄滲過程及其應用的研究進展，討論鑄滲磨損層的化學組成、微觀結(jié)構(gòu)和性能類型，影響因素和性能結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，提出當前鑄滲技術(shù)中的一些困難和問題，并展望鑄滲表面耐磨材料的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：表面鑄滲;耐磨材料;現(xiàn)狀趨勢

伴隨中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，鋼鐵耐磨材料在采礦，建筑材料、冶金、運輸、煤炭和陶瓷等許多工業(yè)部門的生產(chǎn)中被消耗。據(jù)統(tǒng)計，2009年國內(nèi)磨損狀況和磨損狀況消耗了鋼鐵耐磨材料，鑄造材料超過350萬噸。因此，新型高性能耐磨材料的開發(fā)以及減少鋼耗和能源消耗是許多學科中大多數(shù)研究人員的共同目標。使用鑄滲技術(shù)是減少磨損的一種方法。堅韌的材料可以與優(yōu)異的耐磨性和硬度材料結(jié)合使用，以形成具有特定抗沖擊性，高強度和出色耐磨性的金屬基復合材料。另外，鑄件滲透制造工藝簡單，節(jié)省了生產(chǎn)成本，在成本條件下，零件的耐磨性得到了顯著提高。從提高鑄件滲透表面的耐磨性入手，介紹了鑄滲過程的形成機理，鑄滲過程以及鑄滲層的耐磨性。

一、鑄滲層的形成機理

鑄滲層的形成機理，混合所需的合金粉末和粘結(jié)劑以覆蓋鑄件的滲透腔，或?qū)⒑辖鸱勰╊A成型并將其附著到模具的特定位置，將熱的熔融金屬倒入粉末中并且，在預制塊中，使用熔融金屬在高溫下與粉末的表面發(fā)生冶金反應，冷卻固化后，在母材表面具有一定的厚度，特殊的組織和性能，形成澆鑄滲透層。傳統(tǒng)的滲透層是通過加熱分解、吸附和擴散所需元素而形成的。不同之處在于，鑄滲過程使用被滲透元素分離并分解的活性原子，在熱熔融金屬的作用下遷移至賤金屬。它在內(nèi)部擴散并進一步滲透到基材中，占據(jù)了形成固溶體P的有利位置。形成的最終擴散層比通過常規(guī)熱擴散方法獲得的最終擴散層厚，這是因為在金屬液體中的擴散過程中滲透的原子遇到低電阻，低能量消耗和長擴散距離，這種鑄造滲透和擴散的影響超出了其他傳統(tǒng)熱擴散方法的范圍。

二、鑄滲工藝方法

（一）消失模法鑄滲

消失模鑄造涉及均勻涂覆需要與增強顆粒合金化的聚苯乙烯泡沫材料樣品模型的表面，將其放入模具中并用干砂填充。壓力下澆注鋼水的鑄件滲透過程，優(yōu)點是鑄件的高精度和高質(zhì)量，還可以優(yōu)化工作環(huán)境并減少工人的繁重體力勞動。它還避免了孔和殘留物的缺陷。由于這個原因，這種方法是眾所周知的，它是一種“第三代建模方法”，是一種網(wǎng)絡(luò)。通過消失模鑄造法制備了SC、FeCr顆粒、WC、Fe-G顆粒增強的ZGMml13耐磨表面復合材料，結(jié)果顯示其是普通鍛錘的2.2至3.0倍的耐磨性。

（二）普通砂型鑄滲法

普通砂模鑄造滲透工藝是指直接混合所需的合金粉末、添加粘合劑、助溶劑和酒精，以恒定比例混合以制成糊狀塊，然后將其固定在砂模的指定位置。干燥后倒入，然后，澆注高溫熔融金屬以填充粉末和預制塊的孔，并在高溫下利用熔融金屬和粉末表面之間的冶金反應，影響所需性能和鑄件表面的鑄造金屬熔體。在通常的砂模浸滲方法中，混合合金粉末的糊料塊被創(chuàng)建并施加到砂模的指定位置，因此糊料塊本身的制造過程復雜，難以固定在砂模上，操作也復雜。大規(guī)模生產(chǎn)是困難的。此外，在通過常規(guī)的砂型滲透法形成的膜中，由于存在粘合劑、助溶劑、醇有機、無機物質(zhì)等，在滲透層中很可能發(fā)生諸如氣體和爐渣夾雜物的滲透缺陷。圖1顯示了形成鑄滲合金層的過程。采用常規(guī)的砂浸法制備了高錳高碳鉻鐵鑄件浸滲層。結(jié)果，鑄造的浸滲層的厚度超過6mm，并且碳化物以菊花的形式分散在所獲得的鑄造的浸滲層的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)中。在奧氏體基體中均勻分布的碳化物主要是Cr、C、FeC、CrC等。鑄件滲層與ZG45鋼基體冶金結(jié)合，致密且無孔，最大硬度達到HRC56良好的拋光性。

三、鑄滲層的成分、組織和性能

在灰口鑄鐵的表面上制備高鉻鑄鐵滲透層，并在鑄層中形成強化相Cr和FeC的化合物。測試結(jié)果表明，鑄滲層的顯微硬度超過HV1200，耐磨性是基體樣品的兩倍。高鉻鑄鐵金屬的液體滲透真空負壓將滲透陶瓷顆粒結(jié)合，制得陶瓷金屬復合耐磨材料，結(jié)果鑄態(tài)滲透層厚度達到35mm，是高鉻鑄鐵材料的耐磨性2到6次。在這個階段，用于鑄滲表面的耐磨材料的發(fā)展方向是多樣化的。例如，粉末合金顆粒、納米合金顆粒，強化相和陶瓷顆粒均用于改善鑄件滲透表面上耐磨材料的耐磨性。

四、發(fā)展與展望

伴隨科學技術(shù)的進步，對耐磨材料的需求不斷增長。耐磨材料不僅需要更好的耐磨性，而且還需要其他功能來適應特殊的工作條件，例如自潤滑和耐磨性。材料，自愈耐磨材料，快速導熱耐磨材料，超高溫耐磨材料，高溫防火耐磨材料，耐輻射耐磨材料和超級耐腐蝕耐磨材料。近期國內(nèi)外研究陶瓷顆粒增強金屬基耐磨復合材料以及其他適用于多孔ALO和厚大耐磨部件的陶瓷顆粒增強鋼基表面復合材料研究熱點首先是陶瓷顆粒增強金屬基表面復合材料的制備。從鑄造浸漬的耐磨材料的制備過程的觀點來看，關(guān)鍵技術(shù)之一是減少或消除添加劑，例如粘合劑，以獲得冶金結(jié)合和致密的表面復合層。努力的方向是提高復合層的密度，并使復合層的厚度大于20mmp，這是努力的方向，發(fā)展單平面表層滲透技術(shù)以發(fā)展彎曲等復雜表面滲透技術(shù)，這一領(lǐng)域的研發(fā)重點是困難的。

五、結(jié)語

綜上所述，關(guān)于鑄滲耐磨材料技術(shù)的應用，加強科研與生產(chǎn)之間的合作，升級生產(chǎn)設(shè)備，改善生產(chǎn)環(huán)境，在鑄滲耐磨材料產(chǎn)業(yè)鏈中依靠產(chǎn)學研合作和自主創(chuàng)新來分解通用和關(guān)鍵技術(shù)，促進耐磨材料行業(yè)的整合與發(fā)展。

參考文獻：

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[3]于淑苗. 消失模鑄造鋼基表面耐磨復合材料的研究[D].河北科技大學，2013.

作者簡介：

陳星遠（1998-），男，吉林省吉林市人，江蘇科技大學本科在讀，研究方向：材料科學與工程。