[发明专利]一种颗粒增强金属基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种颗粒增强金属基复合材料的制备方法，属于抗耐磨材料制备技术领域。

背景技术

如今耐磨材料被广泛应用于矿山、建材、冶金、电力、化工、机械和农业等部门，特别在矿山领域，每年大约有350多万吨的耐磨材料因磨损而被消耗，且这个数字正在以每年很高的增长率在增长，因此耐磨材料的消耗量是非常巨大的，不容忽视的。随着现代工业和社会的高速发展，对材料耐磨性能的要求也越来越高，单一的金属、陶瓷等工程材料，已很难满足现在工业的要求。而颗粒增强金属基复合材料兼有金属基体的良好韧性和颗粒增强体的高强度、高模量、高硬度，致使该类复合材料具有很好的耐磨损性能，且其还具有良好耐腐蚀，易于制备，成本低廉等优良特性，从而引起各国政府、工业界和高校研究员的重视，使其在耐磨行业得到了很大的发展与应用。近年来，研究人员为提高复合材料的力学性能，通过改变其各种工艺参数来改善颗粒增强金属基复合材料力学性能的工作做了大量的研究，并成功的开发了多种工艺方法。这些工艺方法用于制造颗粒增强金属复合材料时，也取得了很好的效果。如利用WC增强钢基复合材料制造衬板时，与铸态件相比，使其耐磨性能提高了4~5倍。但是由于通过传统的铸渗法制备的复合材料，就不可避免的会导致复合材料内部颗粒分布不均匀，材料内部组织复杂，这必然会影响颗粒增强复合材料的使用范围；而通过新工艺SPS+真空界面重熔法制备的复合材料，虽然可以使颗粒均匀地分布在材料内部，但其又受到了颗粒与基体间润湿性较低的原因，导致其复合材料的力学性能也比较差。

中国发明专利 CN104209496A介绍了一种用于制备颗粒增强金属基表层复合材料的真空实型铸造方法，这种方法是将增强颗粒放置于自制的真空实型铸渗装置中的石英管中，借助真空密封技术，提高金属液的充型能力，以利于金属液在增强颗粒间的渗透，从而获得更厚的复合层。这种方法的缺点是泡沫燃烧产生的气体及复合层中的粘结剂气化产生的气体都会使复合材料材料内部容易出现气孔的缺陷，无法生产结构复杂和致密性较高的零部件，并且复合层内的增强颗粒难以避免的产生分布不均匀等现象，影响复合材料的使用寿命。

中国发明专利 CN103667851A公布了一种颗粒增强金属基复合材料的SPS+真空界面重熔的新型制备方法，先将颗粒和基体粉末进行球磨混粉，然后利用SPS将混合粉末烧结成预制坯，最后将预制坯放入真空管式炉中进行重熔，这种方法制备的复合材料优点是可以使增强颗粒均匀的分布在复合材料内部。这种方法制备的缺点是由于颗粒与基体润湿性较差，而重熔温度又不高，导致增强颗粒与基体不能发生充分的冶金反应，生成的界面宽度较低，最终使复合材料的力学性能提高的很少，且此工艺性价比也很低，从而限制了它在工业上的使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种颗粒增强金属基复合材料的制备方法，所述通过添加金属粉末Ni、Ni-Fe、Co、Co-Fe、W-Fe中的一种来改善颗粒增强金属基复合材料的性能，将增强颗粒、基体金属粉末、金属粉末一起球磨混粉后压实得到预制坯，经过真空烧结后最终得到颗粒增强金属基复合材料；合金粉末的添加量占预制坯的质量分数为5%~20%。

所述基体金属为铸铁或铸钢，增强颗粒为三氧化二铝、碳化硅、碳化钛、硬质陶瓷、碳化钨中的一种或多种按任意比例混合。

优选的，本发明所述金属粉末的粒径为10～60μm；增强颗粒粒径为150～830μm；基体金属粉末粒径为20～100μm。

优选的，本发明球磨机的转速为200r/min～360r/min，球磨时间为60～180min。

优选的，本发明混合粉末压实时，保压压力为50～100kN，保压时间为30～60min。

优选的，真空烧结过程为：升温过程，按5℃/min~10℃/min的升温速率从室温升至1000℃，再按2℃/min~3℃/min的升温速率升至高于基体金属熔点20～60℃；保温过程，保温时间为120～180min；降温过程，按2℃/min~3℃/min的降温速率降温至1000℃，然后按5℃/min~10℃/min的降温速率降温至500℃，最后随炉冷却至室温。

本发明的有益效果为：

（1）经过球磨机混粉后的增强颗粒能够很好的均匀分布在复合材料基材中，能够成为良好的抗磨复合表层，并且因为其颗粒分布相对均匀，能够很好的解决其在激冷激热工况下的使用寿命，并为研究复合材料综合性能提供参考。

（2）增强颗粒和添加合金粉末的体积分数皆可根据工件的使用要求进行配比，成分可调，适应性广。