一种复合硬质材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合硬质材料的制备方法，属于复合材料技术领域。包括：在金属基体表面火焰喷涂镍基合金涂层；硬质合金块与金属基体熔焊固定；采用等离子转移弧熔覆技术在各所述硬质合金块之间的间隙中熔覆金属陶瓷材料，得到复合硬质材料。本发明专利技术中，采用等离子转移弧熔覆技术在硬质合金块之间的间隙中熔覆金属陶瓷材料，硬质合金块与金属基材形成冶金结合，从而实现金属基材、硬质合金、镍基合金以及碳化钨陶瓷颗粒的复合。所得到的复合硬质材料，孔隙率更低，裂纹更少，等离子转移弧熔覆层与硬质合金块以及金属基材之间的结合强度更高，具有优异的耐磨损与抗冲击性能。具有优异的耐磨损与抗冲击性能。具有优异的耐磨损与抗冲击性能。

【技术实现步骤摘要】
一种复合硬质材料的制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料
，具体是一种复合硬质材料的制备方法。

技术介绍

[0002]硬质合金由于其具有高的硬度与耐磨性，常用来制备切削刀具，并被誉为工业的“牙齿”。其在工业上的应用，不止于切削刀具，还有诸如矿用合金与耐磨零件等。然而，由于其脆性大、被加工难度大、成本高的原因，硬质合金在一些领域的某些工具零部件上的应用受到极大限制，尤其是一些既有磨损又有冲击以及冷热循环的恶劣工况下。比如油气钻采领域螺杆马达上用“径向轴承”与高速线材吐丝机“滚动导卫”等。随着技术的不断发展，同时具有高硬度与高抗冲击性复合硬质材料的出现，能很好的解决上述问题。
[0003]目前，常用制备复合硬质材料的方法有：真空钎焊，激光熔覆，超音速喷涂，火焰喷焊等。
[0004]但是，真空钎焊所制备的复合硬质材料的基体(金属材料部分)由于在真空炉中经历了高温，处于退火态，导致其机械性能急剧下降，产品在使用过程中容易变形，断裂等；激光熔覆所制备的复合硬质材料表面具有很多裂纹，且单次熔覆厚度受到限制(一般低于1mm)，若多次熔覆增加够厚，则裂纹很多，且成本昂贵；超音速喷涂所制备的复合硬质材料，基体与喷涂层之间的结合强度较低(机械咬合方式)，导致不能有剧烈的撞击以及点与面的受力，且其厚度受到限制(一般小于0.5mm)；火焰喷焊所制备的复合硬质材料基体(金属材料部分)与耐磨层之间为微冶金结合，在受到高载荷冲击时，容易出现剥落，且工艺过程对操作人员的依赖性很高，质量稳定性难以保证。
专利技术内容
[0005]本专利技术的目的在于提供一种复合硬质材料的制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题和缺陷的至少一个方面。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提供一种复合硬质材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)采用火焰喷涂的方法将镍基合金粉末涂敷在金属基体表面形成镍基合金涂层；
[0008](2)将硬质合金块放置于上述镍基合金涂层表面，然后在硬质合金块与镍基合金涂层之间瞬间施加大电流，使得硬质合金块与镍基合金涂层瞬间发热，将镍基合金涂层熔化；
[0009](3)停止电流，熔化的镍基合金涂层快速凝固充当焊料的作用，将硬质合金块与金属基体固定在一起；
[0010](4)重复上述步骤(2)和(3)，在金属基体表面固定多个硬质合金块；
[0011](5)采用等离子转移弧熔覆技术在各所述硬质合金块之间的间隙中熔覆金属陶瓷材料，得到复合硬质材料。
[0012]进一步地，所述镍基合金涂层厚度为0.05
‑
0.15mm。
[0013]进一步地，所述硬质合金块与金属基体固定的过程中施加在硬质合金块与镍基合金涂层之间的电流为7000
‑
9000A。
[0014]进一步地，所述硬质合金块的上表面呈矩形、圆形、椭圆和菱形中的一种。
[0015]进一步地，所述金属合金材料包括镍基合金粉末和碳化钨颗粒，所述镍基合金粉末和碳化钨颗粒质量比为(30～60):(40～70)。
[0016]进一步地，所述镍基合金粉末的成分包括1.5
‑
2.5wt％的B、(3
‑
4wt％)的Si、88.5.5
‑
95.5wt％的Ni和含量小于5wt％的Fe，形状呈球形，以及粒度尺寸为60
‑
200目。
[0017]进一步地，所述硬质合金块的成分包括88
‑
90wt％的WC和10
‑
12％wt的Co，晶粒尺寸3
‑
4微米。
[0018]进一步地，金属合金材料通过等离子转移弧熔覆在各所述硬质合金块之间的间隙后，对复合硬质材料表面用金刚石砂轮进行磨削加工或者用车铣方式加工金属基体，从而将复合硬质材料加工成结构、尺寸复合设计的工业装备零部件。
[0019]本专利技术提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的复合硬质材料，包括：
[0020]金属基体，所述金属基体的材质采用碳钢、不锈钢和镍基高温合金的一种；
[0021]通过火焰喷涂在金属基体表面形成的镍基合金涂层；
[0022]通过焊料熔焊在金属基体表面的多个均匀分散排布的硬质合金块；
[0023]通过等离子转移弧熔覆在硬质合金块之间的金属陶瓷材料，所述金属陶瓷材料包括镍基合金粉末和碳化钨颗粒。
[0024]进一步的，制得的复合硬质材料的金属基体呈管状或平面状，所述金属基体的表面均匀布置有多个硬质合金块。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0026]本专利技术中，采用等离子转移弧熔覆技术在硬质合金块之间的间隙中熔覆金属合金材料，硬质合金块与金属基材形成冶金结合，从而实现金属基材、硬质合金、镍基合金以及碳化钨颗粒的复合，得到的复合硬质材料，孔隙率更低，裂纹更少，具有较好的耐磨损性能；
[0027]硬质合金块、等离子转移弧熔覆层与金属基材之间的结合强度更高；
[0028]自动化的快速放电技术与等离子转移弧熔覆工艺，使生产流程更为简单快捷，不需要模具，省略了大量的模具雕刻与布置时间，效率更高，高度自动化的工艺执行，质量更稳定。
附图说明
[0029]图1是本专利技术实施例1提供的方法制备的复合硬质材料零部件示意图；
[0030]图2是本专利技术实施例2提供的方法制备的复合硬质材料零部件示意图；
[0031]图3为本专利技术实施例提供的方法得到的复合硬质材料的金相图。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面通过实施例，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。一种复合硬质材料的制备方法限制。
[0033]另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以
被实施。
[0034]根据本专利技术的一个总体技术构思，如图1
‑
3所示，提供一种复合硬质材料的制备方法，包括以下步骤：
[0035]根据设计要求，金属基材可以采用钢材，选好基体钢材的牌号，性能，形状，尺寸以及硬质合金块在钢材表面的分布，钢材的形状可以是平面，也可以的曲面；
[0036]利用火焰喷涂的方式，在钢材表面涂敷一层镍基合金涂层；
[0037]采用定制自动化的“快速放电”设备，将硬质合金块放置于上述镍基合金涂层表面，然后通过瞬间施加大电流，使得硬质合金块与镍基合金涂层瞬间发热，并且温度高于镍基合金涂层的熔点，低于硬质合金的液相点。此时，熔化的镍基合金涂层将硬质合金块的下表面润湿。当电流停止后，熔化的镍基合金涂层快速凝固充当焊料的作用，将硬质合金块与钢焊牢连接固定在一起，此时硬质合金块的横向与纵向之间具有一定的间隙。
[0038]将上述表面固定有硬质合金块的钢件，放置于等离子转移弧熔覆装置上，等离子转移本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合硬质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用火焰喷涂的方法将镍基合金粉末涂敷在金属基体表面形成镍基合金涂层；(2)将硬质合金块放置于上述镍基合金涂层表面，然后在硬质合金块与镍基合金涂层之间瞬间施加大电流，使得硬质合金块与镍基合金涂层瞬间发热，将镍基合金涂层熔化；(3)停止电流，熔化的镍基合金涂层快速凝固充当焊料的作用，将硬质合金块与金属基体固定在一起；(4)重复步骤(2)和(3)，在金属基体表面固定多个硬质合金块；(5)采用等离子转移弧熔覆技术在各所述硬质合金块之间的间隙中熔覆金属陶瓷材料，得到复合硬质材料。2.根据权利要求1所述的一种复合硬质材料的制备方法，其特征在于，所述镍基合金涂层厚度为0.05
‑
0.15mm。3.根据权利要求2所述的一种复合硬质材料的制备方法，其特征在于，所述硬质合金块与金属基体固定的过程中施加在硬质合金块与镍基合金涂层之间的电流为7000
‑
9000A。4.根据权利要求1所述的一种复合硬质材料的制备方法，其特征在于，所述硬质合金块的上表面呈矩形、圆形、椭圆和菱形中的一种。5.根据权利要求1所述的一种复合硬质材料的制备方法，其特征在于，所述金属陶瓷材料包括镍基合金粉末和碳化钨颗粒，所述镍基合金粉末和碳化钨颗粒质量比为(30～60):(40～70)。6.根据权利要求5所述的一种复合硬质材料的制备方法，其特征在于，所述镍基合金粉末的成分包括1.5
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘少存，
申请(专利权)人：湖南威盾新材料技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：