[00365613]基于反应浸渗和构型设计的氧化铝/铁基复合材料制备技术及应用

耐磨材料是矿山、电力、建材等工业领域不可或缺的重要消耗性材料，其使用寿命不仅关系到部件本身的更换，更直接影响设备及整条生产线的运行效率。 据统计，每年造成的经济损失高达1万亿元，钢铁耐磨材料已难以满足现代工业高速发展的需求。液态金属浸渗法制备的氧化铝颗粒增强铁基复合材料，兼具陶瓷和金属各自的性能优势，且成本低、可设计，成为高性能耐磨材料的发展趋势。 但传统表层复合材料存在微观界面机械结合、宏观界面结构单一、多场相互制约等技术瓶颈，导致微观界面结合强度低、复合层厚度小韧性差、构件成形控制难等问题，限制了复合材料的规模化工业应用。该项目历时十余年攻关，提出了界面反应调控、复合构型设计的复合材料制备新思路，发明了微观界面反应-浸渗耦合、宏观界面三维空间构型-成形一体化制备新技术，开发了国际领先、具有自主知识产权的系列技术及相关产品，并实现了产业化。主要技术发明点： 1、发明了包覆+免烧结+反应浸渗的陶瓷/金属微观界面构建及调控技术。在陶瓷颗粒与金属间形成了反应型过渡界面，解决了氧化铝/铁液间浸润性差和界面组织性能连续过渡性低的难题，显著提高了界面结合强度(高达128MPa)。 2、发明了蜂窝状三维互穿网络构型氧化铝/铁基复合材料制备新技术。优化了宏观界面结构形态，构建了多维度宏观界面，实现了复合层和基体间的协同增韧以及复合层增厚(可达80mm)，解决了传统表层复合材料复合层易剥落的难题，显著提高了高应力和强冲击工况下复合材料的耐磨性，耐磨性分别提高5倍(较高铬铸铁)和3倍(较高锰钢)。 3、发明了基于金属液充型凝固过程流场、温度场和应力场多场耦合的氧化铝/铁基复合材料构件成形控制新技术。实现了材料复合和构件成形一体化控制，提高了制备效果，解决了局部复合材料构件成形工艺稳定性差的难题。 4、发明了氧化铝/铁基多维多尺度构型耐磨复合构件工业化制造成套技术。突破了复合材料多材质热处理技术瓶颈，解决了凝固和热处理过程应力开裂等技术控制难题，开发的立磨磨辊、衬板、锤头等系列产品，复合层硬度为62～68HRC，使用寿命比高铬铸铁等产品提高3倍以上。 项目授权发明专利25件，实用新型37件，制定企业标准2项，发表论文26篇，出版学术专著1部。技术在重庆、安徽、江苏、云南等十余家企业实现产业化，产品在国内建材、电力、矿山等领域获得广泛应用，经济、社会效益显著，近三年累计新增销售收入约6亿元，新增利税约8000万元。由第三方组织的评价意见为：“整体技术达到国际领先水平。”项目促进了耐磨材料及相关产业的科技进步和技术升级，应用推广前景广阔。