[發(fā)明專利]覆有SiC-Fe基合金層的復合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110141004.8
• 申請日: 2011-05-27
• 公開（公告）號: CN102218857A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發(fā)明（設計）人: 杜怡林;杜曉東;袁霞
• 申請（專利權）人: 合肥金四達科技有限公司
• 主分類號: B32B15/01
• 分類號: B32B15/01;C23C4/06;C23C24/10
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

一、技術領域

本發(fā)明涉及一種復合材料及其制備方法，確切地說是覆有SiC-Fe基合金層的復合材料及其制備方法。

二、背景技術

顆粒增強金屬基復合材料不僅具有金屬塑性好的特點，而且同時具有陶瓷顆粒硬度高、耐磨性好的優(yōu)點，從而顯示出單一金屬或陶瓷顆粒所不可比擬的優(yōu)異性能。通過表面工程技術，如熱噴涂、等離子堆焊、激光熔覆等在工件表面制備一層具有高耐磨性要求的顆粒增強金屬基復合涂層，可以明顯提高其使用性能、延長其服役壽命。國內外也有采用表面涂敷合金或復合材料的方法，但涂敷的復合材料通常是WC-鋼復合材料、TiC-鋼復合材料、硬質合金等價格昂貴的復合材料。

上述表面熔覆的復合材料除具有成本高的缺點之外，還有一些其他不足，如WC-鋼復合材料中的WC易溶解于基體中，增加基體含碳量并形成魚骨狀碳化物和橋接相，使熔覆層脆性明顯增加、性能下降；TiC與鋼基體的潤濕性較差，界面結合較弱且易偏聚，使用過程中易脫落；硬質合金中粘接相少，復合材料涂層脆性很大，且其以Co作為粘接相，與鋼基體相比不可熱處理，無法通過熱處理調節(jié)其涂層性能以達到更好地與基底材料配合的效果。

三、發(fā)明內容

本發(fā)明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種硬度高、耐磨、耐蝕、耐熱性好、脆性低、成本低的覆有SiC-Fe基合金層的復合材料及其制備方法。

本發(fā)明解決技術問題采用如下技術方案：

本發(fā)明覆有SiC-Fe基合金層的復合材料的特點在于：在鋼基材的表面覆有SiC-Fe基合金層；所述鋼基材為含碳量0.2-0.7wt％的碳素鋼或合金鋼。

本發(fā)明覆有SiC-Fe基合金層的復合材料的特點也在于：所述SiC-Fe基合金層的原料為SiC粉和鐵基自溶性合金粉；

所述鐵基自溶性合金粉為C，Cr，B，Si，Fe，其它金屬和非金屬元素；

所述原料按質量百分比構成為：SiC粉，呈不規(guī)則尖角形態(tài)，5-40％，C?0.2-0.6％，Cr9.0-17.1％，B?0.5-3％，Si?0-2％，Fe?37.3-80.5％，余量為其他金屬和非金屬元素；

所述其它金屬和非金屬元素為包括Ti、Ni、Nb、V、Zr、RE、N、H、O、Al、Cu、W、Co、Ta、Mg、Ca、Zn、K、Y、Sn、Pb、Ba中的一種或多種。

本發(fā)明覆有SiC-Fe基合金層的復合材料的特點也在于：所述SiC粉的粒徑為50-80μm，所述鐵基自溶性合金粉的粒徑為45-109μm。

本發(fā)明覆有SiC-Fe基合金層的復合材料的制備方法的特點在于：將鐵基自溶性合金粉和SiC粉混合后噴涂于鋼基材表面。

諸多工件工作時受到強烈的摩擦磨損，要求其表面必須有高的耐磨性。SiC是一種廉價的硬質相，維氏硬度33400MPa，SiC顆粒分散分布于鋼基體中，鋼基體起到粘結SiC顆粒和支撐的作用，SiC顆粒起到強化、硬化和抗磨的作用，該類復合材料具有較高的耐磨性。在要求表面耐磨的工件表面熔敷一層該復合材料，可有效提高工件表面耐磨性，同時成本提高的幅度很小。在SiC-鋼復合材料的燒結法制備過程中，由于SiC與鋼在熔化溫度下反應劇烈，SiC與鋼之間的界面上生成較厚的反應層，使結合面脆化，性能差。本發(fā)明在制造工件表面覆層時是采用經粉末埋入表面沉積技術預涂敷Cr的SiC粉，并使用等離子噴焊的方法，熔化速度快，高溫停留時間短，界面反應較少，且氣氛保護可防止氧化、脫碳、夾雜等缺陷的產生，因此SiC與鋼的結合較好，硬質顆粒不易剝落，復合材料的強硬度、韌性、耐磨性較優(yōu)。

表面熔敷的復合材料的性能也取決于復合材料中作為粘結相的鋼的成分。本發(fā)明所制備的表面熔敷的復合材料中作為粘結相的鋼中加入了適當的合金元素，具體分析如下：

C的含量在0.20-0.60wt％(重量百分比，下同)之間，可保證鋼基體相有好的強度、韌性的配合，使其可以支撐SiC粒子和保證復合材料韌性；13％及以上的Cr可以提高鋼的耐蝕性、耐熱性、強度，能較明顯提高鋼的沖擊韌性，可提高鋼的抗氧化性；B可以提高熔覆層的表面成形性，Si可提高熔覆層基體的耐蝕性和強度，Mo、Ti、V可細化晶粒，Ni能大大提高鋼的淬透性和耐蝕性，Mn能提高合金硬度，RE可凈化、細化晶粒，改善SiC與鋼的界面結合。