[发明专利]一种局域化增强复合材料的粉末冶金制备方法

说明书

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种用于制造矿山、建筑机械耐磨易损件的局域化增强复合材料的粉末冶金制备方法。该方法包括以下步骤：1）以碳化钨粉末、碳化钛粉末为增强颗粒，以还原铁粉、高速钢粉末为金属粘结剂，按一定比例配制硬质合金粉；2）把配制好的硬质合金粉末放入球磨机中，并加入过程控制剂进行球磨混料；3）向球磨混合均匀的硬质合金粉末中加入成形剂，然后经混合、预压、粉碎、过筛造粒等步骤。本方法制备复合材料的复合层中，不连续的增强区域均匀分布于连续的基体区域内，复合材料在服役的过程中裂纹不易萌生、扩展，很好地实现了复合材料的强韧匹配性；可显著提高复合材料的耐磨性和使用寿命。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种用于制造矿山、建筑机械耐磨易损件的局域化增强复合材料的粉末冶金制备方法。

背景技术

在矿山、建筑、冶金等行业中普遍存在设备零部件的严重磨损问题，例如运输矿料的托板、破碎矿料的锤头，研磨矿料的磨辊、磨盘、衬板等，既承受着严酷的磨损又承受着一定的冲击载荷。陶瓷颗粒增强铁基表层复合材料由于既能发挥基体材料的强度、韧性优势，又能展现陶瓷颗粒的耐磨性；因此，具有应用于严酷磨损工况的良好前景。

传统的陶瓷颗粒增强铁基表层复合材料大都采用表层整层复合的结构，这种整层复合结构的表层复合材料在实际使用中存在性能不稳定、服役安全性不高的问题。例如：复合层中陶瓷颗粒的含量较高时，一方面显著提高了其硬度和耐磨性，另一方面其脆性也大大增加，复合层在使用过程中有可能提前开裂、剥落；此外，由于复合层与基体在物理性能(热膨胀系数，弹性模量等)上的不匹配，在复合材料的制备过程中复合层和基体界面将会产生较大的残余应力，这进一步加剧了复合层沿结合面开裂、剥落的倾向。当复合层与基体结合良好，未发生剥落的情况下，陶瓷颗粒增强铁基表层复合材料具有极高的耐磨性，但是复合层一旦发生开裂、剥落，零部件很容易被磨损而失效。因此，需要对传统陶瓷颗粒增强铁基表层复合材料的整层复合结构进行改善。

专利ZL200910264654.4和ZL201110321241.2利用镶铸法把硬质合金棒复合在耐磨易损件的表层，制备出一种局域化增强表层复合材料。专利ZL201210319517.8通过把碳化钨颗粒和金属粘结剂的混合物填充到耐磨件表层预先加工好的盲孔中，利用真空熔烧技术，也制备出一种局域化增强表层复合材料。这种局域化增强表层复合材料，结构如图1所示，在保证其耐磨性的前提下，抗冲击性得到了明显提高，因此，服役安全性更高、使用寿命更长。

利用镶铸法制备的局域化增强复合材料在热处理过程中易发生开裂，其主要原因是硬质合金和铁基体之间的热膨胀系数和弹性模量存在较大的差异，这种差异导致复合材料在热处理过程中产生较大的界面热应力，当应力超过界面材料强度后导致复合材料发生了开裂。因此，利用镶铸法制备的局域化增强表层复合材料只适合在铸态下使用，铁基体的性能没有得到充分挖掘、发挥。真空熔烧技术经常会导致基体材料的晶粒长大，降低基体材料的性能，主要用于制备基体熔点较高的复合材料，不适用于普通铁基耐磨材料复合材料的制备。总之，目前的局域化增强表层复合材料的制备方法还存在很大的局限性，需要不断的研发新的制备方法。

发明内容

本发明正是针对以上技术问题，提供制备工艺简单、耐磨性高、能承受较大冲击载荷的局域化增强表层复合材料的粉末冶金制备方法。

本发明的具体技术方案如下：

一种局域化增强复合材料的粉末冶金制备方法，包括以下步骤：

1)配制硬质合金粉

取粒度为48～150μm的增强颗粒和粒度为38～106μm的金属粘结剂粉末混合。其中增强颗粒为WC颗粒，或TiC颗粒，或WC和TiC颗粒的混合物，增强颗粒的含量占硬质合金粉末混合物质量的50％～90％；金属粘结剂为还原铁粉，或高速钢粉。

2)硬质合金粉的球磨混料