[發明專利]制備鐵基表面復合材料的燒結擴散法

無效

• 申請號: 201010183700.0
• 申請日: 2010-05-26
• 公開（公告）號: CN101829785A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 熊計;郭智興;楊梅;熊素建;陳建中;楊天恩
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B22F7/04
• 分類號: B22F7/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明為鐵基表面復合材料的制備方法，特別涉及一種制備鐵基表面復合材料的燒結擴散法，屬于粉末冶金和復合材料領域。

背景技術

隨著現代科學技術的飛速發展，工業中很多場合要求機械設備上的工件材料能承受高溫、高速和劇烈磨損的工況，受摩擦零件被磨損的速度也越來越快，材料經常因為表面的磨損而報廢。因此對材料的綜合性能提出了高的要求。越來越多的研究表明，耐磨材料需要同時具有高硬度和高韌性，整體復合雖提高了強度，卻大大降低了韌性，而磨損只發生在零件的特定表面。此外，整體復合不利于材料的回收與再利用，造成浪費和污染。因而發展了在具有良好韌性的基材(如鋼)的表面生成一層高硬度的耐磨層(如高碳高釩鋼、高錳鋼、高鉻鋼、高鉬鋼、陶瓷或金屬陶瓷)的表面復合材料，這種表面復合材料兼有良好的表面耐磨性和基體韌性，可滿足實際工況對零件提出表面或局部耐磨的要求。

一些專利或文獻公開了鐵基表面復合材料的制備方法。如專利03117493.0公開了一種無藥皮耐熱耐磨鑄鐵合金堆焊焊條及其制造方法，焊條沒有藥皮，只有焊芯，焊芯的成分為(wt％)：C：2.5～6.5％、Si：0.8～2.5％、Mn：0.4～1.5％、Cr：16～35％、Nb：0.0～1.5％、Mo：0.0～3.5％、Ni：0.0～2.0％、W：0.0～2.5％、V：0.1～2.0％、Ti：0.0～0.8％、Cu：0.0～1.00％、S≤0.08％、P≤0.10％、0≤0.08％、N≤0.08％、Al≤0.10％，其余為Fe。該焊條用鑄造方法制造。堆焊法需要鑄(鍛)、焊兩次成型、工藝復雜、成本高、且堆焊的表面質量差。

高峰等在《有色金屬快報》2007年第7期報道了以Fe2O3、WO3、Al、C為反應原料，采用SHS-離心法制備W-C-Fe內襯復合鋼管。結果表明，涂層組織包括主相Fe3W3C及少量的WC、W2C、Fe3C、Fe。涂層組織呈梯度分布，靠近基體處晶粒細小，遠離基體處晶粒呈粗大樹枝狀。涂層硬度為(13.5±1.6)GPa。涂層的主要磨損機制為顯微切削。涂層的相對耐磨性是淬火45鋼的16倍以上。該工藝目前已基本成熟，產品已實際應用，其缺點在于只能用于旋轉體的表面增強，適合體系少，應用前景有限。

專利200410011075.6發明涉及一種表層或局部梯度強化的耐磨錳鋼復合材料及制備工藝，該材料是基體為韌性較高的奧氏體、強化層為硬度較高的碳化鈦+馬氏體+介穩定奧氏體、中間過渡層為梯度漸變的碳化鈦+馬氏體+奧氏體的復合組織結構；其制備工藝包括以下步驟：介穩定奧氏體錳鋼基體成分設計，C、Mn重量百分比含量為C：0.8～1.3％、Mn：6～13％；用Ti-Fe合金粉末作合成介質放置在鑄型的特定部位，將錳鋼高溫熔體澆入鑄型，得到表層或局部TiC增強體+介穩定奧氏體鑄態組織；對該表層或局部進行液氮深冷處理獲得馬氏體相變梯度強化層。大幅度提高了高錳鋼的綜合機械性能，可廣泛適用于沖擊磨粒磨損工況條件下服役的各類抗磨部件。但該法的不足之處是需要一個中間過渡層。

專利03153373.6本發明涉及一種在碳鋼或合金鋼表面制成高合金耐磨層復合材料的生產工藝，首先選用粒度為0.005-0.8mm鉻、鉬、鎢、釩、鈦、鎳、鈷、錳、硼、碳組成的合金粉末或選用粒度為0.4-0.8mm的燒結硬質合金顆粒40-80％、粒度為0.05-0.1mm的鎳和鉻的合金粉末20-60％，粘結劑與合金粉末攪拌制成合金粉涂料，其次，將合金粉涂料涂敷在鑄型側面上，第三是澆注成型。該發明的鑄滲法存在鑄件容易出現縮松、夾雜、氣孔等缺陷，鑄滲層厚度不容易控制等缺點。

發明內容

本發明是針對目前制備鐵基表面復合材料方法存在的諸多不足之處，發明了一種新的方法。首先將耐磨合金鋼混合粉末壓制成帶圓柱孔的生坯，然后將圓柱形的鋼芯棒放入耐磨合金鋼生坯中，控制鋼芯棒的直徑以獲得最佳的間隙，二者同時放入真空爐中進行燒結。耐磨合金鋼生坯與鋼芯棒進行真空燒結處理后，耐磨合金鋼生坯發生尺寸收縮，其心部圓柱孔徑將略小于鋼芯棒直徑，因此在耐磨合金鋼生坯致密化的同時，也實現了與鋼芯棒的緊密機械連接。同時，燒結過程中耐磨合金鋼與鋼芯棒接觸的邊界部分發生相互擴散，保證了表面耐磨合金鋼層與心部高韌性碳鋼的冶金結合，本發明的示意圖見附圖1。

本發明的制備鐵基表面復合材料的燒結擴散法，其特征在于依次包含以下步驟：