[發明專利]一種硬質合金/高鉻合金基耐磨復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 201110321241.2
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN102380605A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 鮑崇高;侯書增;邢建東;高義民
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B22D19/16
• 分類號: B22D19/16;B22C9/04
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發明涉及耐磨復合材料制造技術領域，具體涉及一種硬質合金/高鉻合金基耐磨復合材料的制備方法。

背景技術

硬質合金由于具有高硬度、耐磨、耐熱、耐腐蝕等一系列優良性能，廣泛應用于金屬加工、礦山開采等領域，但硬質合金制造成本高，脆性較大，不宜用于受沖擊力較大的易磨損件。此外，隨著我國工業的飛速發展，硬質合金的應用范圍和用量也在逐年增多，各種報廢的硬質合金工具如鉆頭、銑刀、鉸刀、車刀等以及制備工具時的料頭也相應增多；由于目前硬質合金回收再造工藝存在能耗大、設備復雜、環境污染等嚴重問題，故報廢硬質合金沒有得到充分有效地利用；而這些報廢的硬質合金經過簡單的切割加工可制成耐磨復合材料所需的增強相。因此，利用回收報廢的硬質合金作為增強相制備耐磨復合材料，一方面可以為國家節約能源、保護環境，另一方面也可大大降低復合材料的制造成本。

通過復合制備技術將硬質合金與韌性好、強度高、價格低廉的鐵基合金復合制備表層耐磨復合材料，其在獲得硬質合金的高硬度、高耐磨性的同時具有較高的強度和良好的韌性，且可以節約昂貴的硬質合金，降低耐磨零件的成本，擴大硬質合金的應用范圍。

雖然一些硬質合金/鐵基復合材料產品已經在工業中開始應用，并取得了一定的經濟效益，但由于仍存在以下問題限制了其使用范圍。(1)由于硬質合金與鐵基合金線(膨)脹系數相差懸殊，因此在界面會產生較大的殘余應力，在隨后的熱處理和使用過程中，工件容易開裂，特別是隨著硬質合金體積分數的增大，殘余應力也相應增大，導致復合材料在制備、熱處理和使用過程中經常開裂，更無法制備具有高體積分數(大于30％)增強相的高耐磨復合材料。(2)在制備過程中，由于界面處硬質合金的熔化以及元素的相互擴散，會形成含有大塊狀脆性η相(Fe₃W₃C，Co₃W₃C，或(Fe，Co)₃W₃C等)區域，該區域常常是工件發生開裂的裂紋萌生源。因此，制備韌性好、防止開裂的硬質合金/高鉻合金基耐磨復合材料的設計和制備技術急需提高。

發明內容

為實現硬質合金回收和再制造，并克服上述耐磨復合材料制備技術現有缺點，本發明的目的在于提供一種硬質合金/高鉻合金基耐磨復合材料的制備方法，該復合材料增強相分布均勻、體積分數可控范圍大，界面殘余應力小、熱影響區小、結合良好，耐磨、耐腐蝕。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種硬質合金/高鉻合金基耐磨復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將硬質合金廢料經過切割加工制成所需形狀和尺寸的硬質合金基增強體，除油后進行噴砂處理，最后進行清洗，

步驟2，給步驟1處理過的硬質合金基增強體的一端焊接鐵釘，焊接采用真空釬焊工藝，釬料選用厚度0.2～0.5mm的高熔點箔狀釬料BCu81Ni，

步驟3，通過電鍍工藝在焊有鐵釘的硬質合金基增強體表面鍍金屬緩沖層，硬質合金若以Co為粘結劑，需先電鍍一層鎳，厚度為40-80μm，然后再電鍍一層鐵，厚度為160-200μm；硬質合金若以Ni、Fe或其合金為粘結劑，只需電鍍一層鐵，厚度為200-250μm，

步驟4，根據耐磨易損件的工況，設計高鉻合金的形狀、尺寸、排列方式和體積分數，體積分數可控范圍為：20％～50％，體積分數是高鉻合金體積占復合材料體積的比例，并據此制作易磨損件模型上安插硬質合金的盲孔，易磨損件模型為聚苯乙烯泡沫模型或石蠟模型，

步驟5，把制備好的硬質合金插入易磨損件模型中，鐵釘朝外，澆鑄高鉻合金，

步驟6，澆鑄成型后，取出鑄件，切除鐵釘，用金剛石砂輪把工作面打磨平整，然后對工件進行熱處理。

澆鑄方法采用消失模鑄造，澆鑄時把模型放到可抽真空的沙箱里，抽真空，真空度為0.02Mpa～0.08Mpa，澆注溫度：鑄鐵為1350℃～1450℃，鑄鋼為1450℃～1550℃。

所述的硬質合金是指Co-WC合金。

所述的高鉻合金是指高鉻合金鑄鐵或高鉻合金耐熱鋼。

本發明制備的耐磨復合材料增強相分布均勻、體積分數可控范圍大，界面殘余應力小、熱影響區小、結合良好，耐磨、耐腐蝕，復合材料硬質合金位于易磨損件的工作面表層，其厚度為10～15mm，可用于制作礦山、建筑、冶金、電力等領域的常溫或高溫耐磨易損件。

附圖說明

圖1為高鉻合金1和鐵釘2釬焊裝夾示意圖。

圖2(a)為高鉻合金電鍍金屬鍍層5后的結構示意圖。