[发明专利]覆有SiC-Fe基合金层的复合材料及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种复合材料及其制备方法，确切地说是覆有SiC-Fe基合金层的复合材料及其制备方法。

二、背景技术

颗粒增强金属基复合材料不仅具有金属塑性好的特点，而且同时具有陶瓷颗粒硬度高、耐磨性好的优点，从而显示出单一金属或陶瓷颗粒所不可比拟的优异性能。通过表面工程技术，如热喷涂、等离子堆焊、激光熔覆等在工件表面制备一层具有高耐磨性要求的颗粒增强金属基复合涂层，可以明显提高其使用性能、延长其服役寿命。国内外也有采用表面涂敷合金或复合材料的方法，但涂敷的复合材料通常是WC-钢复合材料、TiC-钢复合材料、硬质合金等价格昂贵的复合材料。

上述表面熔覆的复合材料除具有成本高的缺点之外，还有一些其他不足，如WC-钢复合材料中的WC易溶解于基体中，增加基体含碳量并形成鱼骨状碳化物和桥接相，使熔覆层脆性明显增加、性能下降；TiC与钢基体的润湿性较差，界面结合较弱且易偏聚，使用过程中易脱落；硬质合金中粘接相少，复合材料涂层脆性很大，且其以Co作为粘接相，与钢基体相比不可热处理，无法通过热处理调节其涂层性能以达到更好地与基底材料配合的效果。

三、发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种硬度高、耐磨、耐蚀、耐热性好、脆性低、成本低的覆有SiC-Fe基合金层的复合材料及其制备方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明覆有SiC-Fe基合金层的复合材料的特点在于：在钢基材的表面覆有SiC-Fe基合金层；所述钢基材为含碳量0.2-0.7wt％的碳素钢或合金钢。

本发明覆有SiC-Fe基合金层的复合材料的特点也在于：所述SiC-Fe基合金层的原料为SiC粉和铁基自溶性合金粉；

所述铁基自溶性合金粉为C，Cr，B，Si，Fe，其它金属和非金属元素；

所述原料按质量百分比构成为：SiC粉，呈不规则尖角形态，5-40％，C 0.2-0.6％，Cr9.0-17.1％，B 0.5-3％，Si 0-2％，Fe 37.3-80.5％，余量为其他金属和非金属元素；

所述其它金属和非金属元素为包括Ti、Ni、Nb、V、Zr、RE、N、H、O、Al、Cu、W、Co、Ta、Mg、Ca、Zn、K、Y、Sn、Pb、Ba中的一种或多种。

本发明覆有SiC-Fe基合金层的复合材料的特点也在于：所述SiC粉的粒径为50-80μm，所述铁基自溶性合金粉的粒径为45-109μm。

本发明覆有SiC-Fe基合金层的复合材料的制备方法的特点在于：将铁基自溶性合金粉和SiC粉混合后喷涂于钢基材表面。

诸多工件工作时受到强烈的摩擦磨损，要求其表面必须有高的耐磨性。SiC是一种廉价的硬质相，维氏硬度33400MPa，SiC颗粒分散分布于钢基体中，钢基体起到粘结SiC颗粒和支撑的作用，SiC颗粒起到强化、硬化和抗磨的作用，该类复合材料具有较高的耐磨性。在要求表面耐磨的工件表面熔敷一层该复合材料，可有效提高工件表面耐磨性，同时成本提高的幅度很小。在SiC-钢复合材料的烧结法制备过程中，由于SiC与钢在熔化温度下反应剧烈，SiC与钢之间的界面上生成较厚的反应层，使结合面脆化，性能差。本发明在制造工件表面覆层时是采用经粉末埋入表面沉积技术预涂敷Cr的SiC粉，并使用等离子喷焊的方法，熔化速度快，高温停留时间短，界面反应较少，且气氛保护可防止氧化、脱碳、夹杂等缺陷的产生，因此SiC与钢的结合较好，硬质颗粒不易剥落，复合材料的强硬度、韧性、耐磨性较优。

表面熔敷的复合材料的性能也取决于复合材料中作为粘结相的钢的成分。本发明所制备的表面熔敷的复合材料中作为粘结相的钢中加入了适当的合金元素，具体分析如下：

C的含量在0.20-0.60wt％(重量百分比，下同)之间，可保证钢基体相有好的强度、韧性的配合，使其可以支撑SiC粒子和保证复合材料韧性；13％及以上的Cr可以提高钢的耐蚀性、耐热性、强度，能较明显提高钢的冲击韧性，可提高钢的抗氧化性；B可以提高熔覆层的表面成形性，Si可提高熔覆层基体的耐蚀性和强度，Mo、Ti、V可细化晶粒，Ni能大大提高钢的淬透性和耐蚀性，Mn能提高合金硬度，RE可净化、细化晶粒，改善SiC与钢的界面结合。