[发明专利]一种复合陶瓷硬质相的硬质合金覆层材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合陶瓷硬质相的硬质合金覆层材料的制备方法，具体地说，涉及一种采用液相烧结工艺在钢基体表面制备复合陶瓷硬质相的硬质合金覆层材料的方法。

背景技术

高新技术和工业现代化的不断发展对机械设备零部件的材料性能的要求越来越高，如承受前所未有的高速、高温、高压、重载、腐蚀介质等工作条件。零部件的破坏往往自表面开始，表面的局部破坏又导致整个零件失效。钢材表层的物理化学性能对它的许多重要使用性能，如硬度、耐磨性、耐蚀性、耐热性和抗氧化性等都有决定性的作用。在钢基体表面制备硬质合金涂层，能改变钢基体外表面的形貌、结构和化学组成，并赋予基体新的性能，使材料既有钢的强度和韧性，又有陶瓷的耐磨损、耐腐蚀、耐高温等优点。

硬质涂层材料的制备方法有很多种。随着科学技术的高速发展，各种涂层制备技术的发展水平都得到了很大的提高，涂层种类不断增多，涂层质量越来越好，用途日益广泛。但是，各种涂层制备技术各自也都具有很大缺陷。

三元硼化物基硬质合金覆层材料是利用各种国产的金属、合金粉末原料，采用液相烧结工艺，在金属基体表面制备的硬质覆层材料。在液相烧结过程中，利用覆层材料中原料粉末之间的原位化学反应形成三元硼化物陶瓷硬质相，从而大幅度提高覆层材料的耐磨性；通过调整覆层材料中钢基粘结相的组成，使之不锈钢化，可以使材料在保持高耐磨性的同时，大幅度提高耐腐蚀性；覆层中高温下所形成的共晶液相，一方面与金属基体润湿，并在冷却后使覆层与金属基体之间产生牢固的冶金结合，另一方面通过毛细管力作用使得覆层材料充分致密化，冷却后形成致密、坚硬、耐磨损、耐腐蚀的表面硬质覆层。这种覆层材料制备的工艺过程简单，对基底材料结构的适应性强，可用的原料品种多、来源广，覆层厚度易于控制。

但是三元硼化物基硬质合金覆层材料主要存在两个方面的缺陷。一是材料成本高。由于覆层材料中只有通过原位化学反应形成的三元硼化物这一种陶瓷硬质相，要保证覆层材料中陶瓷硬质相的含量，就必须在原料中加入大量的金属钼粉，而金属钼粉的价格日趋高昂，使得覆层材料的成本较高。二是覆层材料的烧结温度范围狭窄。在覆层材料中只有三元硼化物这一种陶瓷硬质相的情况下，陶瓷硬质相与高温下产生的共晶液相的比例受烧结温度的影响比较显著，较小的温度变化就会使得陶瓷硬质相与共晶液相的比例发生较大的变化，容易发生覆层材料的欠烧或过烧流失，因此，覆层材料的烧成温度范围较小，只能在±3℃的狭窄的温度范围内烧成。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于提供一种复合陶瓷硬质相的硬质合金覆层材料的制备方法，它采用液相烧结方法，在钢基体表面制备复合陶瓷硬质相的硬质合金覆层材料。本发明利用覆层材料中通过原位化学反应形成的三元硼化物陶瓷和另外加入的碳化物陶瓷形成复合陶瓷硬质相，从而降低了覆层材料的成本，扩大了覆层材料的烧成温度范围，并进一步提高了覆层材料的耐磨性。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种复合陶瓷硬质相的硬质合金覆层材料的制备方法，它是在钢基体表面制备复合陶瓷硬质相的硬质合金覆层材料，所述方法包括覆层坯体成形步骤和覆层材料液相烧结步骤；

所述覆层坯体成形步骤包括料浆制备和坯体成形步骤；

所述料浆制备步骤为：

1)、覆层材料的准备：按下列重量份配比混合覆层材料的原料：Mo粉35～55份，Fe-B合金10～30份，石墨粉0～1.5份，Cr粉0～15份，Ni镍粉0～10份，Cr₃C₂粉0～20份，WC粉0～20份，TiC粉0～10份，Fe粉0～61份；

2)、覆层材料料浆的制备：将覆层材料与料浆添加剂按重量比为1∶0.9～1.2的比例配合后加入球磨罐中，用硬质合金球混合球磨24～100小时，将料浆过400目筛，再真空除气，即为可成形用的料浆；

所述料浆添加剂的组成为(重量百分比)：溶剂75～95份；粘结剂2～7份；增塑剂0～3份；

其中，所述溶剂为乙醇、丁酮、甲酮、乙酮、甲醇、丁醇或环己酮中的一种或多种混合物；所述粘结剂为可溶于有机非极性溶剂的聚合物中的一种或多种混合物；如所述粘结剂可以为聚乙烯醇缩丁醛(PVB)所述增塑剂为邻苯二甲酸二正辛酯(DOP)、甘油或邻苯二甲酸二丁酯(DBP)中的一种或多种混合物。

所述坯体成形步骤为：

1)、对钢基体进行除锈、清洗等表面净化处理；

2)、将料浆喷涂在净化的钢基体上，制备成厚度为0.1～2.0毫米的均匀薄层坯体；