[发明专利]材料表面高硬度耐磨复合层的加工方法和金属基复合材料

说明书

本发明提供了材料表面高硬度耐磨复合层的加工方法和金属基复合材料，所述方法包括：步骤S1：选定作为基体的金属材料和植入所述基体的硬质颗粒；步骤S2：对所述基体表面除锈处理并清洗干净；步骤S3：对所述基体表面进行预热处理；步骤S4：利用高压气体加速所述硬质颗粒，所述高压气体通过拉瓦尔Laval喷嘴产生超音速流，将所述硬质颗粒从所述Laval喷嘴的轴向送入所述超音速流获得高速粒子流；所述高速粒子流撞击所述基体表面并植入所述基体内部，在所述基体表面制得所述硬质颗粒分布均匀的高硬度耐磨复合材料层。本发明的加工方法高效、低成本、简单，能有效改善金属基材的耐磨性。

技术领域

本发明涉及材料表面处理技术领域，特别是涉及材料表面高硬度耐磨复合层的加工方法和基于所述加工方法制得的金属基复合材料。

背景技术

随着科学技术的快速发展，人们对金属材料表面性能的提高，拓宽其功能，延长其使用寿命提出了更高的要求，特别是在高温、高压、高速、重载、腐蚀介质等条件下。大量金属结构件的失效破坏往往在于零部件的表面不能胜任苛刻的服役条件所致，因疲劳、摩擦、磨损等问题导致其在远未达到设计使用寿命前失效破坏，最终导致整套设备的停产，对工业生产造成重大经济损失。因此，必须对成型的金属材料进行表面改性处理，改善其表面性能，进一步提高其强度、耐摩擦、磨损和耐腐蚀性能，进而实现金属材料更高的应用价值。

发明内容

本发明提供材料表面高硬度耐磨复合层的加工方法和金属基复合材料，其加工方法高效、低成本、简单，能有效改善金属基材的耐磨性。

为了解决上述问题，本发明公开了材料表面高硬度耐磨复合层的加工方法，所述方法包括：

步骤S1：选定作为基体的金属材料和植入所述基体的硬质颗粒；

步骤S2：对所述基体表面除锈处理并清洗干净；

步骤S3：对所述基体表面进行预热处理；

步骤S4：利用高压气体加速所述硬质颗粒，所述高压气体通过拉瓦尔Laval喷嘴产生超音速流，将所述硬质颗粒从所述Laval喷嘴的轴向送入所述超音速流获得高速粒子流；所述高速粒子流撞击所述基体表面并植入所述基体内部，在所述基体表面制得所述硬质颗粒分布均匀的高硬度耐磨复合材料层。

可选的，所述金属材料为纯铝、镁合金、铝合金、钛合金或铜合金；

所述硬质颗粒的材料为不锈钢、碳化钨WC、钼Mo或钨W。

可选的，所述硬质颗粒的粒径大于5微米。

可选的，所述硬质颗粒硬度与所述基体硬度的比值大于1.5：1。

可选的，对所述基体表面进行预热处理的步骤包括：

采用高频、热传导或热辐射方法对所述基体表面进行预热处理。

可选的，所述基体表面预热处理温度小于所述基体材料的再结晶温度。

可选的，所述方法包括：

利用所述高压气体将所述硬质颗粒加速到大于200m/s的速度。

可选的，所述高压气体包括氮气、氩气或氦气中的至少一种。

可选的，所述高硬度耐磨复合材料层的厚度大于0.5mm。

为了解决上述问题，本发明还公开了金属基复合材料，所述金属基复合材料基于上述加工方法制得，所述金属基复合材料表面有残余压应力层。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

本发明使用高压气体加速硬质颗粒，获得高速粒子流，利用高速粒子流撞击所述基体表面，将硬质颗粒植入所述基体内部，以此制得所述硬质颗粒分布均匀的高硬度耐磨复合材料层，可显著提高金属材料的耐磨性；