一种层状陶瓷增强颗粒金属基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种层状陶瓷增强颗粒金属基复合材料的制备方法，属于耐磨材料制备领域。本发明专利技术所述方法首先将金属粉末均匀混合，然后放入压片机分别进行预压制成型，然后将预压制的预制体分层铺叠放入压片机中整体压力成型，最后将成型的预制体放入管式真空烧结炉中烧结成型。本发明专利技术所述方法采用分开压制再进行整体排列烧结比原有直接压制烧结致密性更好，在不损失硬度的同时获得塑韧性能的提升，中间有过渡层也不会有明显的性能突变，满足实际中的生产性能的需要。层状结构的顺序可以任意控制，更方便调控陶瓷增强颗粒金属基复合材料整体性能，进而优化陶瓷增强颗粒金属基复合材料耐磨性能。耐磨性能。耐磨性能。

【技术实现步骤摘要】
一种层状陶瓷增强颗粒金属基复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种层状陶瓷增强颗粒金属基复合材料的制备方法，属于耐磨材料制备


技术介绍

[0002]随着现代工业的高速发展，对材料的性能要求也不断提高，普通的金属材料不能适用于复杂的工作环境。金属基复合材料凭借其高强度、高弹性模量、良好的高温性能和抗疲劳性能、良好的耐磨性和尺寸稳定性等优点，成为今年来的研究热点。金属基复合材料耐磨性十分优异，在耐磨领域中占据重大地位，例如：如高铬铸铁、球墨铸铁。因此，在新型的金属基复合材料研究中，降低生产成本、提高材料的使用寿命是科研工作者的研究重心，与传统的金属基复合材料相比陶瓷颗粒增强钢铁基复合材料具有强度高、表面复合层硬度高、各向异性小、容易成型、后续加工方便等优点。WC颗粒因其熔点高、硬度大、线膨胀系数小、与钢液的润湿性好、并且具有良好的稳定性，因而WC颗粒增强铁基复合材料受到了人们的广泛关注。
[0003]在金属基复合材料（MMC）等材料中，在增强体均匀分散的设计原则指导下，很少尝试进行微观结构设计，复合材料通常在强度和韧性之间进行折衷，这严重阻碍了它们在运输、航空航天和军事工业领域的广泛工程应用。研究采用自底向上的复合粉末组装工艺——层状金属基复合材料。这种设计策略不仅保留了单个部件的变形特征，还引入了额外的硬化机制，从而提高了拉伸延性。这对于具有梯度结构的金属材料尤其如此（即，单个零件的强度以梯度方式变化），其中硬零件中的应变局部化在很大程度上受到抑制。然而，受制备方法和加工策略的限制，实现具有精细梯度结构的块体梯度金属材料在技术上非常具有挑战性，这极大地限制了其实际应用。
[0004]现有技术有将粉末直接压制然后使用粉末烧结得到陶瓷颗粒增强金属基复合材料，但是该样品表面的致密性不高，存在很多孔洞。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种层状陶瓷增强颗粒金属基复合材料的制备方法，将复合材料先进行预压制，再进行梯度复合压制，进行二次压制的复合材料样品表面致密性更好，从而使得材料的性能有进一步的提升，具体包括以下步骤：（1）预制增强层的制备：将WC增强颗粒放入压片机中进行压力成型。
[0006]（2）预制复合层的制备：将WC增强颗粒与Fe粉、镍粉、高碳铬铁粉放入球磨机中进组均匀混合，将混合好的粉末放入压片机中进行压力成型。
[0007]（3）预制基体层的制备：将Fe粉放入压片机中进行压力成型。
[0008]（4）将制备得到的预制增强层、预制复合层、预制基体层按照预制增强层与预制基体层之间设置预制复合层的方式进行排列，然后压制。
[0009]（5）将梯度结构排列的复合材料预制体放入真空管式炉中进行烧结得到层状陶瓷
增强颗粒金属基复合材料，所述层状陶瓷增强颗粒金属基复合材料包括增强层、复合层、基体层（梯度结构的顺序可以任意控制，总层数根据实际需要进行选择，优选1~5层）；其中基体层在中间主要承担荷载和复合材料的塑韧性的作用，比原始WC复合材料了在实际工况下的使用寿命更长，分别使用WC、Fe等作为复合材料的成分，并改变它们的相对百分比以获得过渡区。
[0010]优选的，本专利技术所述Fe粉、镍粉、高碳铬铁粉的粒径为100~160um；WC增强颗粒的粒径为60~120um。
[0011]优选的，本专利技术步骤（2）中混合粉末放入行星式球磨机中均匀混合3小时，转速为300r/min。
[0012]优选的，本专利技术步骤（2）中WC增强颗粒的质量百分比为40~50%，Fe粉的质量百分比为10~20%，镍粉的质量百分比为10~30%、高碳铬铁粉的质量百分比为20~40%。
[0013]优选的，本专利技术所述压片机的压力为10~20pa，保压10min。
[0014]优选的，本专利技术步骤（5）中烧结条件为：先以6℃/min的速率升温至500℃，再以10℃/min的速率升温至800℃，再以6℃/min的速率升温至1000℃，再以3℃的速率升温至1300~1500℃，保温60min，再按照前期步骤的逆过程降温至室温。
[0015]优选的，本专利技术所述增强层厚度为10~15mm、复合层的厚度为10~15mm、基体层厚度10~15mm。
[0016]本专利技术所制备的层状陶瓷增强颗粒金属基复合材料从上而下分别是增强层、复合层及基体层，复合层的加入有效的避免了复合层和基体层在组织和性能的突变，大大提高了材料整体的性能；而且在真空管式炉烧结的过程中，由于温度的作用元素间的相互扩散，在原有的基础上进一步提高了复合层的结合强度，进而提升材料的各项性能。此外进行预压不仅保留了单个预压制材料的变形特征，还引入了额外的硬化机制，从而提高了拉伸延性。层状陶瓷增强颗粒金属基复合材料中各个层的顺序可以任意控制，不仅提高了基体粉末和增强颗粒之间的润湿性，是的增强颗粒与基体之间形成了良好的冶金结合，极大的提高的材料的性能。
[0017]本专利技术的有益效果（1）本专利技术所述复合材料包括增强层、复合层及基体层，复合层的加入有效的避免了复合层和基体层在组织和性能上的突变，大大提高了材料整体的性能；层状结构的顺序可以任意控制，更方便调控陶瓷增强颗粒金属基复合材料整体性能，进而优化陶瓷增强颗粒金属基复合材料耐磨性能。而且在真空管式炉烧结的过程中，由于温度的作用元素间的相互扩散，在原有的基础上进一步提高了复合层的结合强度，进而提升材料的各项性能。
[0018]（2）合金粉末和增强颗粒的均匀混合作为过渡层，可以使得复合材料整体的性能不会产生突变，提高的增强颗粒与基体粉末间的润湿性，使得复合材料整体的强度提高，极大的提高了材料的性能。
[0019]（3）本专利技术所述的制备工艺简单，梯度结构的顺序可以任意控制调控，明显的改变了制备工艺的繁琐性，大大提高了生产效率。
[0020]（4）本专利技术所述方法制备的陶瓷增强颗粒金属基复合材料表面质量好、尺寸精度高，能够提高生产效率，降低金属材料的消耗。
[0021]（5）本专利技术所述方法采用分开压制再进行整体排列烧结比原有直接压制烧结致密
性更好，在不损失硬度的同时获得塑韧性能的提升，中间有过渡层也不会有明显的性能突变，满足实际中的生产性能的需要。
附图说明
[0022]图1是本专利技术的制备复合材料的结构示意图；图2是实施例1中的复合材料的SEM示意图；图3是对比实施例1中的复合材料的表面金相图；图4是对比实施例2中的铺叠复合材料的结构示意图；图5是实施例1和对比实施例的硬度数据对比图；图6是实施例1和对比实施例的弹塑性变化的力
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深度曲线示意图。
具体实施方式
[0023]为了更好的理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例子对本专利技术做进一步详细说明，本专利技术的保护范围并不限于所述内容。
[0024]实施例1一种层状陶瓷增强颗粒金属基复合材料的制备方法，具体步骤如下：（1）预制复合层的制备：将30g粒径为60~120umWC粉末、10g粒径为100~160umFe粉、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层状陶瓷增强颗粒金属基复合材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：（1）预制增强层的制备：将WC增强颗粒放入压片机中进行压力成型；（2）预制复合层的制备：将WC增强颗粒与Fe粉、镍粉、高碳铬铁粉放入球磨机中进组均匀混合，将混合好的粉末放入压片机中进行压力成型；（3）预制基体层的制备：将Fe粉放入压片机中进行压力成型；（4）将制备得到的预制增强层、预制复合层、预制基体层按照预制增强层与预制基体层之间设置预制复合层的方式进行排列，然后压制；（5）将梯度结构排列的复合材料预制体放入真空管式炉中进行烧结得到层状陶瓷增强颗粒金属基复合材料，所述层状陶瓷增强颗粒金属基复合材料包括增强层、复合层、基体层。2.根据权利要求1所述层状陶瓷增强颗粒金属基复合材料的制备方法，其特征在于：所述Fe粉、镍粉、高碳铬铁粉的粒径为100~160um；WC增强颗粒的粒径为60~120um。3.根据权利要求1所述层状陶瓷增强颗粒金属基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中混合粉末放入行星式...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祖来，廖泽鑫，张飞，方聪，苟浩杰，王海斌，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：