[发明专利]一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料及制备方法，属于复合材料制备技术领域，包括不锈钢材料粉末、三元硼化物原材料合金粉末和少量成型剂，且三元硼化物原材料合金粉末由质量比如下的各组分制备而成：5～20wt％的硼铁合金粉末、铬粉5～20wt％、钼粉10～30wt％、镍粉10～15wt％、铜粉1～5wt％、过渡金属碳化物1～5wt％、稀土氧化物0.5～3wt％和余量份的铁粉。本发明中，可灵活调节三元硼化物合金层与不锈钢基体合金的厚度，烧结后结合性好，三元硼化物合金层具有与不锈钢基材相当的耐腐蚀性，硬度高且可调整，耐磨性好，不锈钢基材可选范围广，制备成本低，操作简单。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，尤其涉及一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料及制备方法。

背景技术

不锈钢合金来源广泛、价格低廉，加之在常温下具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性等优点，目前已经广泛应用于机械、石油化工、建筑和冶金等众多行业，但其明显存在硬度低、高温下热稳定性差和耐磨性差等缺点。因为不锈钢合金材料难以满足工业生产对零件表面耐磨性能的服役要求，从而限制了其在诸多行业中的应用。因此如何在有效保证不锈钢耐腐蚀性前提下，利用先进的表面改性技术在其表面制备同时兼顾高耐蚀性和耐磨性覆层具有很高的创新性和实用性。

陶瓷材料经常被作为增强相加入原材料，利用表面改性技术制备高硬度的涂层，但其存在韧性低和易产生裂纹等缺点。三元硼化物金属陶瓷包含M-M金属键、B-B共价键和B-M离子键，决定了其具有高熔点、高硬度、优异耐磨性和良好耐腐蚀性等优点，同时具备与钢相近的热膨胀系数、覆层/基体结合热应力小等特性，是钢基体表面制备耐磨覆层的理想材料，在军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井和矿山工具等领域具有广阔的应用前景。

目前制备三元硼化物/不锈钢复合材料一般采用熔覆工艺，主要有：激光熔覆、反应喷涂、等离子熔覆、电火花沉积、氩弧熔覆和感应熔覆等。这些利用高能量加热源将三元硼化物熔化在钢基体表面成形涂层的制备方法，局限在于钢基材料的形状必须是平整光滑，由于设备价格昂贵、操作环境严格和效率低等工艺问题，以及热源温度较高和不稳定等缺点易导致钢基材料形变量大、涂层不平整、易氧化和易产生裂纹，从而不利于改善涂层的服役寿命。

因此，发明一种简单和高效率的三元硼化物/不锈钢钢复合结构材料的制备方法具有很高的产业价值和应用前景。

专利CN1970843A公开了一种等离子喷涂制备三元硼化物基金属陶瓷涂层的方法；专利CN104451657A公开了一种三元硼化物陶瓷/铁基表面复合材料的制备方法；专利CN109023345A公开了一种三元硼化物强化铁基耐磨涂层及其制备方法，但是上述几项发明均存在涂层制备工艺较为复杂，并且基材适用对象并非不锈钢材料的问题，无法满足制备具备高精度、高强度、高硬度及良好耐蚀性、耐磨性的三元硼化物/不锈钢复合材料高效率生产的需要。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决三元硼化物/不锈钢之间的结合强度及后期加工难度的问题，而提出的一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料及制备方法，该方法能够有效解决三元硼化物/不锈钢之间的结合强度及后期加工难度问题并具有高精度、高强度等特性，提高产品精度、减少机加工工序和节约成本，可实现多种不锈钢基材表面制备三元硼化物/不锈钢复合材料。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种耐磨耐蚀三元硼化物/不锈钢复合材料，包括不锈钢材料粉末、三元硼化物原材料合金粉末和少量成型剂，且三元硼化物原材料合金粉末由质量比如下的各组分制备而成：5～20wt％的硼铁合金粉末、铬粉5～20wt％、钼粉10～30wt％、镍粉10～15wt％、铜粉1～5wt％、过渡金属碳化物1～5wt％、稀土氧化物0.5～3wt％和余量份的铁粉。

作为上述技术方案的进一步描述：以任意一种不锈钢粉末作为钢基体材料，具有较高的可加工适配性。