[发明专利]一种分步成型烧结碳化物硬质合金/钢双层结构复合材料的粉末冶金制备方法

说明书

本发明涉及一种分步成型烧结碳化物硬质合金/钢双层结构复合材料的粉末冶金制备方法；属于复合材料技术制备领域。本发明首先将钢粉材料、碳化物硬质合金粉末分别与粘结剂混炼，制粒获得钢粉材料喂料和碳化物硬质合金材料喂料，然后利用注射成形技术将钢粉材料喂料和碳化物硬质合金材料喂料分步依次注入到模具型腔中得到产品生坯；再将生坯中的部分粘结剂经催化脱脂脱除，最后共烧结致密化得到碳化物硬质合金/钢双层结构复合材料。本发明制备工艺简单可控，所得产品性能优良，便于大规模的工业化应用。

技术领域

一种分步成型烧结硬质合金/钢双层结构复合材料的粉末冶金制备方法，属于复合材料技术制备领域。

背景技术

硬质合金具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，用于制造切削工具、刀具、钻具和耐磨零部件，广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域，伴随下游产业的发展，硬质合金市场需求不断加大。由于硬质合金脆性较大和制备方式的限制很难制备大尺寸及复杂的硬质合金/钢双层结构复合材料。

目前制备硬质合金/钢双层结构复合材料一般由机械连接、熔覆等方法制备。机械连接是用大压力将碳化物硬质合金和钢连接在一起，而这种连接方式是物理连接方式，存在低强度、易剥落、可靠性差等缺陷。熔覆是通过在等离子、激光等外加热源下将碳化物硬质合金融化并附着在钢表面的制备方法，这种方式局限在于钢材的形状必须是平整光滑，由于热源温度较高钢材容易变形，且碳化物硬质合金容易产生裂纹。

因此，研究一种简单、高效率的碳化物硬质合金/钢双层结构复合材料的制备方法具有很高的商业价值和应用前景。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种分步成型烧结碳化物硬质合金/钢双层结构复合材料的粉末冶金制备方法。本发明能够有效解决碳化物硬质合金/钢之间的结合强度及后期加工难度问题，可实现高精度、高强度碳化物硬质合金/钢双层结构复合材料的制备。采用分布注射可避免注射过程中形成的缺陷提高材料利用率、节约成本。

本发明一种分步成型烧结碳化物硬质合金/钢双层结构复合材料的粉末冶金制备方法；包括下述步骤：

步骤一

将粉料A和粘接剂A进行混炼、制粒，得到A喂料；所述粉料A选自碳钢、不锈钢、铁基合金、镍基合金、钴基合金粉末中的至少一种；

将主料与辅料混合均匀后得到混合粉料B，混合粉料B和粘接剂进行混炼、制粒，得到B喂料；所述混合粉料B中按质量比，主料：辅料＝9:1～5:5；所述主料选自金属碳化物、金属碳氮化物中的至少一种；所述辅料为自熔点低于1400℃的金属粉末；

步骤二

用注射成形机先将A喂料注入到模腔中，等喂料冷却后将注射样取出并观察外观，确定无误后放入第二套模具注射B喂料；获得碳化物硬质合金/钢双层结构复合材料产品生坯；注射成型时，两种喂料的制注射温度均为120～180℃、注射压力为50～110MPa、注射速度为40～60g/s、模具温度为120～140℃；

步骤三

将产品生坯先通过催化脱脂工艺脱除部分粘接剂，硝酸流量为2-4ml/min，催化温度为100-140℃，脱脂时间6-10小时；

步骤四

以5～10℃/min的速度加热至200～250℃保温1～2h，然后以5～10℃/min的速度加热至450～500℃保温1～2h，再以5～8℃/min的速度加热至800～1000℃保温1～2h后充入惰性气体，最后以3～5℃/min的速度加热至1100～1400℃保温6～10h后随炉冷。