一种原位合成多元复合强化耐磨材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种原位合成多元复合强化耐磨材料及其制备方法，其原料组分的质量份数为：钨铁60~80份，炭黑3~7份，Fe粉5~15份，Cr粉3~8份，TaC粉0.1~0.5份，Mn粉5~10份，Mo粉3~10份，Co粉2~8份。其制备过程主要包括混粉、球磨、干燥、筛分、压制和烧结。本发明专利技术的有益效果是原位反应合成的WC颗粒均匀，与基体金属结合性能好，其最大优势在于保证材料耐磨性的同时，有效降低材料的生产成本。可应用于冶金、矿山或海工装备等领域。

An in situ composite reinforced wear-resistant material and its preparation method

The invention discloses a method for in situ synthesis of composite reinforced wear resistant material and its preparation method, the quality of the number of copies of the raw materials were as follows: for 60~80, black 3~7, Fe powder 5~15, Cr powder 3~8, TaC powder 0.1~0.5, Mn powder 5~10, Mo powder 3~10, Co powder 2~8 a. The preparation process mainly includes mixing powder, ball milling, drying, screening, pressing and sintering. The beneficial effect of the invention is that the WC particles synthesized in situ are homogeneous, and have good binding properties with the base metal. The biggest advantage is that they ensure the wearability of the materials while effectively reducing the production cost of the materials. It can be used in metallurgy, mine or marine equipment and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种原位合成多元复合强化耐磨材料及其制备方法
本专利技术属于金属耐磨材料
，涉及一种原位反应合成的高硬度超耐磨多元复合强化耐磨材料及其制备方法。
技术介绍
碳化钨因其具有的高硬度、高耐磨性以及稳定的化学性能等诸多优点，在工具材料、耐磨材料、耐腐蚀材料等领域中发挥着重要的作用。尤其在耐磨材料领域中，碳化钨颗粒增强金属基复合材料是应用最广的耐磨材料之一。典型的碳化钨颗粒增强的耐磨材料是主要用于工模具、刀具等领域的硬质合金，主要采用钴作为粘结相。而在我国钴资源相对稀缺，且是一种重要的战略资源。故主要以钴为粘结相的硬质合金难以大规模的应用于大型的耐磨构件中。研究开发低成本的代钴粘结相成为了市场的选择，常见的技术选择是采用铁、镍或者铁镍多元合金替代钴。当前，在碳化钨金属基复合耐磨材料的生产方法中，应用最广泛的方法是外加法，即将WC颗粒直接加入到金属粘结相中进行烧结制备耐磨材料，但外加WC颗粒受粒度的限制，粒径过大，WC颗粒与基体金属发生界面反应，粒径过小，WC颗粒则会在高温下溶解甚至消失，或发生团聚现象使WC颗粒分布不均匀。此外，外加法容易引入杂质，污染WC颗粒表面，降低WC与基体的结合强度，严重影响材料性能。相比较而言，原位合成的WC则兼具弥散细小、分布均匀以及与基体金属结合性好等优势，更具发展前景。常见的用于原位反应合成WC颗粒的钨源有钨的化合物与纯钨。以纯钨反应制备WC，反应过程简单，但价格昂贵，不易推广；而以钨的化合物反应制备WC，具有成本低廉的优势，但存在反应过程复杂，不利控制以及产品质量不稳定等问题。因此，探索采用一种集成本优势与制备优势于一体的材料来制备WC颗粒具有及其重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于克服上述材料中存在的问题，提供一种原位反应合成多元复合强化耐磨材料，提高其耐磨性能。本专利技术的一种原位合成原位反应合成多元复合强化耐磨材料，属高性能金属材料领域，其特征在于：其原料组分的质量份数为：钨铁60~80份，炭黑3~7份，Fe粉5~15份，Cr粉3~8份，TaC粉0.1~0.5份，Mn粉5~10份，Mo粉3~10份，Co粉2~8份。进一步，进行原位合成的钨源为FeW80合金粉末。本专利技术的目的之二在于提供上述原位反应合成多元复合强化耐磨材料的制备方法，它包括如下步骤：按上述组分的质量份数配粉；将混合粉末与粘结剂置于硬质合金球磨罐中进行高速球磨，球料质量比为4:1，球磨时间为24h；将球磨后的粉末置于干燥箱中加热到60~80℃，保温4h；将干燥后的粉末过60目筛；将过筛后的粉末进行模压成形，压制压力为100~280MPa；将压制的生坯进行烧结，烧结温度为1250~1400℃，保温时间为0.5~1.5h。本专利技术所述的制备原位反应合成多元复合强化耐磨材料的方法，可以采用真空烧结、热压烧结、微波烧结、放电等离子烧结。本专利技术的有益效果是反应合成的WC颗粒分布均匀，颗粒尺寸在2.5um以内，且与基体金属结合性能好，宏观硬度为64~68HRC，湿沙橡胶轮式磨损试验机磨损1000r后的磨损失重为0.0050~0.0083g，其最大优势在于保证材料性能的同时，有效地降低了材料的生产成本。附图说明图1是实施例1原位反应合成多元复合强化耐磨材料SEM照片。具体实施方式实施例1（1）选取典型的原位反应合成多元复合强化耐磨材料的配方，质量份数为：钨铁60份，炭黑3份，Fe粉5份，Cr粉8份，TaC粉0.5份，Mn粉5份，Mo粉10份，Co粉8份。（2）采用精度为0.1mg的电子天平按配比称取各粉末，并进行混合。（3）将上述混合粉末球磨24h，再经75℃×4h烘干，再过60目筛。（4）称取90g上述粉末，进行压制处理，压制压力为100MPa，压坯尺寸为70.7×31.6mm；再将压坯进行真空烧结，最高烧结温度为1400℃，保温时间为1h。下面对本例的原位反应合成多元复合强化耐磨材料进行组织结构分析与性能测试，说明其性能的优越性。1、显微组织分析用JSM-6360LV型扫描电子显微镜观察显微组织，反应生成了大量亮白色的呈规则多边形形状的颗粒状物质；采用Oxford7854电子能谱仪探测其成分发现，W：45.32~56.47at%、C：42.09~51.84at%，可判定其为WC。反应生成了大量硬质WC颗粒相，且不存在溶解与界面污染问题。通过SEM照片观察到复合金属基材料中的不同尺寸的WC颗粒在金属基中均匀弥散分布，既提高了硬度和耐磨性，又能延长微裂纹的扩展路径，从而提高抗弯强度。2、宏观硬度测试用型号为HR-150A的洛氏硬度计测量宏观硬度，将每种材料取五个样品进行测量并对比，发现原位反应合成多元复合强化耐磨材料的硬度均匀，平均硬度为64.4HRC。同时硬度值波动不大表明制备的复合材料组织均匀。3、耐磨性分析用MLS-23型湿砂橡胶轮式磨损试验机进行耐磨性能的测试，用磨损前后固定表面积上的质量差△M来衡量耐磨性的好坏。发现原位反应合成多元复合强化耐磨材料的平均磨损失重为0.0080g。实施例2选取典型的原位反应合成多元复合强化耐磨材料配方，质量份数为：钨铁80份，炭黑7份，Fe粉5份，Cr粉3份，TaC粉0.1份，Mn粉5份，Mo粉6份，Co粉2份。复合材料的制备与检测过程同实施例1。经检测，复合材料的组织由WC、极少量Fe3W3C、铁铬、铁钴固溶体以及铁素体等组成。材料平均硬度为67.8HRC，磨粒磨损后固定表面积上的平均磨损失重为0.0061g。]实施例3选取典型的原位反应合成多元复合强化耐磨材料配方，质量份数为：钨铁70份，炭黑5份，Fe粉10份，Cr粉6份，TaC粉0.3份，Mn粉8份，Mo粉7份，Co粉5份。复合材料的制备与检测过程同实施例1。经检测，复合材料的组织由WC、稍多量Fe3W3C、铁铬、铁钴、铁锰固溶体以及铁素体等组成。材料的平均硬度为67.9HRC，磨粒磨损后固定表面积上的磨损平均失重为0.0063g。复合材料的制备与检测过程同实施例1。实施例4选取典型的原位反应合成多元复合强化耐磨材料配方，质量份数为：钨铁68.5份，炭黑4.5份，Fe粉12.5份，Cr粉5份，TaC粉0.45份，Mn粉7份，Mo粉5.5份，Co粉4份。复合材料的制备与检测过程同实施例1。经检测，复合材料的组织由WC、铁铬、铁锰固溶体以及铁素体等组成。材料平均硬度为65.8HRC，磨粒磨损后固定表面积上的平均磨损失重为0.0058g。以上所述仅是对本专利技术的较佳实施方式而已，并非对本专利技术作任何形式上的限制，凡是依据本专利技术的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改,等同变化与修饰，均属于本专利技术技术方案的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原位合成多元复合强化耐磨材料，其特征在于：其原料组分的质量份数为：钨铁60~80份，炭黑3~7份，Fe粉5~15份，Cr粉3~8份，TaC粉0.1~0.5份，Mn粉5~10份，Mo粉3~10份，Co粉2~8份。

【技术特征摘要】
1.一种原位合成多元复合强化耐磨材料，其特征在于：其原料组分的质量份数为：钨铁60~80份，炭黑3~7份，Fe粉5~15份，Cr粉3~8份，TaC粉0.1~0.5份，Mn粉5~10份，Mo粉3~10份，Co粉2~8份。2.根据权利要求1所述的一种原位合成多元复合强化耐磨材料的制备方法，其特征在于：所述钨铁为FeW80合金粉末。3.根据权利要求1所述的一种所述的一种原位合成多元复合强化耐磨材料的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：按权利要求1中所述组分的质量份数配粉；步骤2：将称量的混合粉末与粘结剂置于硬质合金球磨罐中进行高速球磨，球料质...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖逸锋，龚伟伟，任赛男，吴靓，许艳飞，钱锦文，欧艳，张乾坤，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43