铸渗法制备金属基表面复合材料的研究进展及应用

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1、铸渗法制备金属基表面复合材料的研究进展及应用周永欣12，赵西成I，吕振林2，杨西荣I摘要:铸渗技术是近年来发展起来的一种制备金属基表面复合材料的新技术•综述这项技术在金属铸渗机理铸渗工艺方法及其影响因素等方面的研究及应用概况，阐述铸渗法制备金属表面耐磨复合材料的制备工艺方法铸渗机理和铸渗组织的新进展，总结了新近幵发的一些改善铸渗效果的工艺措施，并指出了该项技术目前还存在的若干问题,并对其今后的发展方向进行了展望•同时为金属基表面复合材料的制备选择和开发提供新思路.矢键词:铸渗工艺;铸渗机理;表面复合材料中图分类号:TB331文献标识码:A文

2、章编号:100627930(2006)0520668206图1铸渗机理示意图Sketchmapofcastingpenetrationmechanisms铸渗法是近年来发展起来的一项制备金属基表面复合材料的新技术•特点是利用高温金属液与制备好的粉末涂层或粉末压坯或膏块的反应和渗透作用，最终在金属铸件表面获得一层复合材料•与其它表面复合材料的制备方法相比•铸渗技术的突出优点是工艺和设备简单生产周期短成本低工件不变形，能够制备较大厚度的复合材料等,526I.E前,国内外学者对铸渗技术制备表面复合材料的工艺铸渗机理等方面进行了较为广泛的研究.本文

3、对铸渗技术的工艺机理以及应用方面进行了综合评述.1金属表面铸渗的机理金属表面铸渗是让金属液通过孔隙渗透到合金涂层内，通过一系列高温冶金物化反应在原涂层所在位置形成合金化层•因此，作为铸造技术和冶金强化技术的有机结合，金属铸渗技术充分利用了铸造凝固潜热的作用，将待渗元素熔化分解和扩散，从而在铸件表面形成具有特谢性能的合金化铸渗强化层.X.Tong等人⑷给出了如图1所示的模型•认为在金属液向多孔体渗透的过程中，金属液前沿与多孔体接触并凝固，后续而来的过热金属液又使先凝固的金属重熔并向前推进，如此反复，渗透前沿就向整个多孔体蔓延开来，如果金属液的

4、温度足够高，最终将填满整个多孔体的全部孔隙•按照铸渗复合层内增强相的來源可将铸渗技术分为1.1无化学反应的铸渗机理增强相直接加入预制体内,基体金属液通过渗透烧结等综合作用与增强相形成冶金结合,铸渗复合层在形成过程中无化学反应•在金属铸渗过程中，铸渗层的形成是靠凝固余热提供的热量使待渗元素发生分解和扩散所致①I1.2反应铸渗机理增强相是在铸渗过程中由预制体内的粉末自反应生成,这种铸渗技术主要是利用高温金属液来激3收稿日期:2005209220作者简介:周永欣(19652)，男，陕西富平人，副教授，博士研究生，主要从事耐炳复合材料研究.发粉末的

5、反应体系,铸渗复合层在金属液与粉末层渗透反应等综合作用下形成血⑼.2铸渗法制备金属基表面复合材料工艺2.1普通砂型铸渗法普通砂型铸渗法的工艺过程为：将配置好的合金粉末与粘结剂熔剂配制成膏状并涂覆在型腔表甬的需要部位上，待铸型干燥后浇注.由于普通砂型铸渗法需要在型腔内壁上涂挂合金化涂料或粘附合金粉制成的膏块，而膏块存在制作工艺复杂安放固定困难和位置局限性大等问题,因此操作极不方便.该方法存在的突出问题:一是气孔和夹渣难以去除，气孔和夹渣主要来源于粘结剂和熔剂受热气化和渣化，以metallicliquid及粉末涂层或压坯本身空隙所带气体和粉末

6、吸附的气体.^ressin8flan丨p—卩畀y/刘耀辉等⑻为避免铸渗层中气孔和夹杂的形成，不使用粘结剂和熔剂，而将陶瓷颗粒和合金添加剂直接铺盖在下铸型内需要耐磨的部位，浇注结果发现铸渗层内没有气孔和夹杂的形成;另外一个问题是对于增强颗粒与基体润湿性能较差的铸渗复合层的制备显得无能为力，这就需要采取改善颗粒与基体间的润湿性或施加外力以迫使金属液向粉末层渗透；除以上不足之处外，普通砂型铸渗法还存在合金化层厚度小成本高等缺点•这些问题的存在使得该工艺多被用于小批量的工艺试验，而难以实现大规模的工业化生图2普通铸渗工艺示意图产Fig.2Sket

7、chmapofcommoncastingpenetration2.2压力铸渗是将合金预制体或粉末放到预热过的压铸模具中，然后，浇注高温金属液，接着在金属液面上直接施加压力使金属液渗入预制体或粉末层中.压力铸渗的优点是增强颗粒与金属液的润湿角，润湿角即使大于900金属液仍能够渗透预制块^⑵•但由于铸渗法采用的基体金属多为铸铁或铸钢，并且是高温金属液，实际操作起来有一定的难度和制约性.2.3离心铸渗离心铸渗是在旋转体的型腔内壁预制粉末涂层，然后再均匀浇入过热金属液，使金属液在离心力作用下渗入粉末涂层，凝固后图3压力铸渗示意图得到环状金属基表面铸

8、渗复合层•Deo.Nath等人叩在上个世纪Fig.3Sketchmapofpresscastingpenetration90年代初就研制了铸铁基SiC陶瓷颗粒表面铸渗耐磨复合材料