[发明专利]一种碳化钨颗粒增强钢基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳化钨颗粒增强钢基复合材料及其制备方法，属于耐磨材料制备技术领域，该复合材料由增强体和基体构成，增强体为碳化钨颗粒与45钢金属粉的混合粉末，基体为粗晶45钢金属粉，其中增强体中45钢金属粉的体积分数为10~30%，碳化钨颗粒的体积分数为70~90%，其制备方法为首先对碳化钨颗粒与45钢金属粉的混合粉末进行球磨，再将球磨后的混合粉末与粗晶45钢粉混合再进行球磨，然后进行压制，最后进行真空烧结，得到碳化钨颗粒增强钢基复合材料，本发明制备工艺简单，充分考虑了复合材料的“结构效应”，增强颗粒在复合材料中所占体积分数较大，分布均匀，提高了复合材料的断裂韧性，强度几乎没有损失，具有较好的抗冲击、氧化能力。

技术领域

本发明涉及一种碳化钨颗粒增强钢基复合材料及其制备方法，属于耐磨复合材料制备领域。

背景技术

我国是装备制造业大国，也是世界耐磨材料生产大国和应用大国，每年在矿山、冶金、建材、机械、国防、电力、铁道以及石化等领域都有着巨大的消耗量。传统耐磨铸铁和耐磨铸钢在工程应用中出现了韧性低和耐磨性较差的现象，针对这些技术难题，科研工作者开发了抗磨性、强度和硬度均高于传统耐磨材料的新一代耐磨复合材料。然而随着经济增速放缓，制造业成本等不断提高，在多种形势下，整个耐磨复合材料行业面临严峻的挑战。而且，世界经济布局在面临挑战的同时也进行了重新洗牌，资源与环境的双重压力正逐渐转变为强劲的驱动力，耐磨复合材料行业的新一次革命如拉弓之箭蓄势待发，因此若想在工业改革的大环境下占有一席之地，必须提高自身的科技技术水平，以创新、质量为切入点促进整体行业的发展，当前主流的复合材料制备方法是在金属基体中有目的地引入颗粒，纤维，晶须等兼具结构和功能的增强体，通过均匀分散，界面控制等调节不同组分间的协同耦合效应，从而提高复合材料的综合性能。但是这种单纯的均匀分布没有充分考虑到材料的符合构型效应，因此不能最大程度的发挥不同组元间的耦合、协同及多功能响应机制。使得复合材料在应用上受到一定的局限性。因此在考虑均匀分散，界面调控的基础上研究复合材料的构型效应对复合材料的发展具有重大意义。

中国发明专利 CN103667851A公布了一种颗粒增强金属基复合材料的制备方法，先将颗粒和基体粉末进行球磨混粉，然后利用放电等离子烧结（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，缺点是由于颗粒与基体润湿性较差，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，而且没有考虑到复合材料的构型作用，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碳化钨颗粒增强钢基复合材料，该复合材料的增强体为碳化钨颗粒与细晶45钢金属粉的混合粉末，基体为粗晶45钢金属粉，且增强体中45钢金属粉的体积分数为10~30%，碳化钨颗粒的体积分数为70~90%。

所述碳化钨颗粒为铸造碳化钨颗粒，为不规则形和/或球形颗粒，粒径<20μm，细晶45钢金属粉的粒径为20~50μm，粗晶45钢金属粉的粒径为200~300μm。

本发明的另一目的在于提供所述碳化钨颗粒增强钢基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）粉末准备：按照体积比例将碳化钨颗粒与细晶45钢金属粉进行混合，并球磨，得到球磨后的混合粉末，再按照质量比例将球磨后的混合粉末与粗晶45钢金属粉进行混合，再次球磨得到复合材料的混合粉末，其中细晶45钢金属粉的体积分数为10~30%，碳化钨颗粒的体积分数为70~90%，其中增强体即碳化钨颗粒与细晶45钢金属粉的混合粉末的质量分数为10~50%，基体粗晶45钢金属粉的质量分数为50~90%；

（2）预制坯压制：将步骤（1）得到的复合材料的混合粉末利用冷等静压技术将其制成压坯，得到碳化钨颗粒增强钢基复合材料的预制坯，将预制坯放置于陶瓷舟中，防止熔融的液态金属溢出，起到保护管式炉的目的；