在钢表面制备陶瓷纤维与陶瓷颗粒混杂复合材料涂层方法

摘要

本发明涉及一种在钢表面制备陶瓷纤维与陶瓷颗粒混杂复合材料涂层方法，应用于复合装甲板和耐磨、防腐复合板材的生产。所述方法包括：用蒸馏水浸泡陶瓷晶须并搅拌分散4-6小时；向浸泡后的陶瓷晶须中加入水溶性有机溶胶；进行超声波振荡搅拌；制成陶瓷纤维预制块；将陶瓷纤维预制块放入真空或有氩气保护的烘干炉内烘干；将钢板置于液态模锻模具中，钢板表面放置陶瓷纤维预制块，预热模具和钢板，再将铝热反应产物浇注在模具中的陶瓷纤维预制块上后液态模锻，从而制成陶瓷纤维与陶瓷颗粒复相混杂陶瓷增强的金属基复合材料涂层钢板。本发明方法增强颗粒表面不受污染，结合强度高且工艺简单、可靠，且易于推广。

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种在钢表面制备陶瓷纤维与陶瓷颗粒混杂增强复合材料涂层的方法。可应用于复合装甲板和耐磨、防腐复合板材的生产。属于材料加工工程技术领域。

(二)背景技术

目前，陶瓷颗粒增强金属基复合材料多为整体强化。但是在很多场合下，并不要求材料整体都要进行增强。以坦克履带板为例：仅与地表面接触部分需要具有非常高的耐磨性，而其余部分则需要具有非常好的强韧性，以防使用过程中因脆性断裂而失效；又如，两栖车辆的底甲板，其下表面需要良好的耐磨和耐腐蚀性，但同时考虑到底甲板作为结构件，要其有足够的韧性。故只需对底甲板的下表面进行强化。此外，整体强化时陶瓷颗粒体积分数往往受到限制，随着体积分数的提高，金属液的流动性显著下降，强化成本较高，因为不需要增强的部分也进行了增强，浪费了大量昂贵的增强体。因此，表面增强金属基复合材料的开发受到人们越来越多的重视。

局部增强金属基复合材料的制备工艺主要有外加法和原位反应法两种。外加法是将已经形成的陶瓷颗粒通过添加金属或有机粘结剂，混合均匀后压制成坯料，然后进一步制备复合材料。如专利95113785.9中将WC、Al₂O₃或SiC等陶瓷与粘结相混匀后制成所需形状的预制块，贴于需强化铸件的铸型局部，浇铸液体金属即获得局部复合材料。外加法的主要不足是增强颗粒表面易受污染，结合强度低，容易剥落。原位反应法生成的陶瓷颗粒通过化学反应形成，其优点是颗粒表面干净，与基体界面结合强度高。

(三)发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种增强颗粒表面不受污染，结合强度高且工艺简单、可靠，且易于推广应用的在钢表面制备陶瓷纤维与陶瓷颗粒混杂复合材料涂层方法。

本发明的目的是这样实现的：一种在钢表面制备陶瓷纤维与陶瓷颗粒混杂复合材料涂层方法，所述方法包括陶瓷纤维预制块的制作和在钢表面制备纤维与颗粒混杂的复合材料涂层两个阶段：

(1)、制作陶瓷纤维预制块

a、首先用蒸馏水浸泡陶瓷晶须并用船用螺旋式搅拌器搅拌分散4-6小时，沉淀后将陶瓷晶须上部的水倒掉。其目的是以分散晶须之间的缠结团，从而保证晶须在预制块中及在随后用液态模锻法制备的复合材料中均匀分布。

b、向浸泡后的陶瓷晶须中加入水溶性有机溶胶，该水溶性有机溶胶的质量份组成为：水80-120份，聚乙烯醇3-6份，丙三醇3-6份和硅溶胶3-6份。加水溶性有机溶胶量为每百克陶瓷晶须加水溶性有机溶胶0.5-5克。添加水溶性有机溶胶的目的是保证预制块的高强度。

c、添加水溶性有机溶胶后，再进行超声波振荡搅拌，超声波的输出功率为150W～250W，振荡搅拌时间为4-6小时.

d、将含有水溶性有机溶胶的陶瓷晶须倒入在底部有滤网的模具中进行过滤。

e、根据预制块的体积分数要求，通过施加一定的压力制成陶瓷纤维预制块。

(2)在钢表面制备纤维与颗粒混杂的复合材料涂层

a、预处理：将步骤(1)制备的陶瓷纤维预制块放入真空或有氩气保护的烘干炉内，加热至350±100℃，烘干除气4±1小时。

b、将钢板置于液态模锻模具中，钢板下面及四周放置石英砂用于排气，钢板表面放置陶瓷纤维预制块，氧乙炔火焰预热模具和钢板，再将经电磁搅拌的铝热反应产物浇注在模具中的陶瓷纤维预制块上后液态模锻，从而制成陶瓷纤维与陶瓷颗粒复相混杂陶瓷增强的金属基复合材料涂层钢板。

本发明所涉及的陶瓷纤维可以是：硅线石晶须、氧化铝晶须、碳化硅晶须、硼酸铝晶须或氮化硅晶须等。陶瓷纤维预制块的晶须体积分数为10-30％。

本发明的有益效果是：

采用本发明所说的方法可以制造出晶须分布均匀、晶须长径比损失小，具有特定形状，特定强度预制块，并最终制得耐磨、防腐和抗弹性强的陶瓷纤维与陶瓷颗粒复相混杂陶瓷增强的金属基复合材料涂层钢板。

由于陶瓷颗粒由反应生成，其表面洁净，尺寸细小，形状规整。本发明工艺简单可靠，易于推广应用。

(四)附图说明

图1为本发明所采用的模具图。

(五)具体实施方式

通过下面的实施例可进一步证明本发明有效性。

实施例1：

(1)、制作陶瓷纤维预制块

a、首先用蒸馏水浸泡陶瓷晶须(100g)并用船用螺旋式搅拌器搅拌分散4-6小时，其方法是将蒸馏水与陶瓷晶须的混合物盛于烧杯中，将船用螺旋桨式搅拌器固定在台式电钻上，搅拌头放入烧杯中，搅拌分散4-6小时，沉淀后将晶须上部的水倒掉。

b、向浸泡后的陶瓷晶须中加入水溶性有机溶胶1g，该水溶性有机溶胶的质量份配比组成为：水80份，聚乙烯醇3份，丙三醇3份，硅溶胶3份。

c、添加水溶性有机溶胶后，再进行超声波振荡搅拌，超声波的输出功率为150W～250W，振荡搅拌时间为4-6小时。

d、将含有水溶性有机溶胶的陶瓷晶须倒入在底部有滤网的模具中进行过滤。

e、根据预制块的体积分数要求，通过施加一定的压力制成陶瓷纤维预制块。

(2)在钢表面制备纤维与颗粒混杂的复合材料涂层

a、预处理：将步骤(1)制备的陶瓷纤维预制块放入真空或有氩气保护的烘干炉内，加热至350±100℃，烘干除气4±1小时。

b、将钢板置于液态模锻模具中，钢板下面及四周放置石英砂用于排气，钢板表面放置陶瓷纤维预制块，氧乙炔火焰预热模具和钢板，如图1，然后把铝热焊剂0.5公斤放入坩锅内引燃、电磁搅拌，然后把生成的Al₂O₃和Fe混合液浇注在模具中的陶瓷纤维预制块上后液态模锻，从而制成陶瓷纤维与陶瓷颗粒复相混杂陶瓷增强的金属基复合材料涂层钢板。