本发明专利技术公开了一种基于榫卯结构的梯度复合材料，包括基体层与功能层，基体层与功能层之间通过榫卯结构连接；基体层包括刻蚀区和非刻蚀区，刻蚀区通过刻蚀形成有凸起或凹陷的榫卯结构；基体层至少包括两种金相组织，第一种金相组织为刻蚀相，第二种金相组织为保留相。本发明专利技术还提供了上述梯度复合材料的制备方法，包括步骤：(1)基体层制备；(2)刻蚀；(3)清洗；(4)涂层；(5)后处理。本发明专利技术能够在粘接力外提供更加紧密结合的榫卯力，提高功能层与基体层之间的结合强度。之间的结合强度。之间的结合强度。
【技术实现步骤摘要】
一种基于榫卯结构的梯度复合材料及其制备方法
[0001]本专利技术涉及梯度功能复合材料
，特别涉及一种基于榫卯结构的梯度复合材料及其制备方法。
技术介绍
[0002]梯度功能复合材料的制备中，如果不同梯度功能层的物理特性和化学特性差距较大，其功能层之间的连接力量就会衰弱，出现结合力不足问题。
[0003]申请号202010889512.3表面沉积有多元梯度复合涂层的合金材料及其制备方法，公开了一项基于物理气相沉积的梯度复合功能材料制备方法，其功能层与基层的结合力是依靠优先涂一层粘结金属来实现的。
[0004]申请号201710304392.4高速钢丝锥表面涂层制备方法，公开了一项基于高速钢基体和物理气相沉积涂覆的功能层实现的梯度复合功能材料。该项专利中高速钢基体和物理气相沉积的功能层是依靠优先使用物理气相沉积的方法沉积一层Ti金属层作为粘结层来实现基层和功能层的连接。
[0005]根据现有公开的专利内容看，现有技术单纯的依靠粘结层与基体的粘结力来确保表面功能层与基体的结合力。表面功能层与基体的结合力大小取决于表面功能层中粘结层与基体的粘结力大小。这对表面功能层所适配的基体的材质和类型是一个较大的限制，同时功能层与基体的结合力提升也受到较大限制。现有技术为保证功能层与基体的结合力同样也会限制功能层中粘结层的成分选择，从而导致功能层制备受到限制。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题。本专利技术提供了一种基于榫卯结构的梯度复合材料及其制备方法，可在粘接力外提供更加紧密结合的榫卯力，提高功能层与基体之间的结合强度。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术的实施方式公开了一种基于榫卯结构的梯度复合材料，包括基体层与功能层，所述基体层与功能层之间通过榫卯结构连接；
[0008]所述基体层包括刻蚀区和非刻蚀区，所述刻蚀区通过刻蚀形成有凸起或凹陷的榫卯结构；
[0009]所述基体层至少包括两种金相组织，第一种金相组织为刻蚀相，第二种金相组织为保留相。
[0010]制备的功能层与基体层之间除了粘结层与基体形成粘结力外，功能层抱紧基体凸起的榫卯结构或插入凹陷的榫卯结构，在粘接力外提供更加紧密结合的榫卯力，提高功能层与基体之间的结合强度。
[0011]进一步，刻蚀区中所述刻蚀相重量含量为9
‑
15％，非刻蚀区中所述刻蚀相重量含量为6
‑
10％。
[0012]进一步，所述刻蚀区厚度为0
‑
50μm，刻蚀相在刻蚀区内的含量呈现梯度分布。
[0013]进一步，所述基体层的平均晶粒直径<1μm。
[0014]进一步，所述刻蚀相为添加的元素、复合金相组织或基体中原有的组成部分中的任意一种。
[0015]基体中的刻蚀相可以是添加的元素或者复合金相组织，也可以是基体中原有的组成部分。以硬质合金为例，在实际中我们把钴元素所形成的粘结相作为刻蚀相，而钴元素所形成的粘结相本身就是硬质合金的组成部分。
[0016]本专利技术的实施方式还公开了上述基于榫卯结构的梯度复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0017](1)基体层制备；
[0018](2)刻蚀：将步骤(1)制备得到的基体层置于酸性溶液或碱性溶液中，在所述刻蚀区刻蚀去除一层刻蚀相，酸性溶液中使刻蚀后保留相凸起，形成凸起的榫卯结构；在碱性溶液中，基体层材料的刻蚀相被刻蚀，形成向下凹陷的榫卯结构；
[0019](3)清洗：利用去离子水、乙醇与超声波配合的方式，清洁刻蚀后的基体层表面；
[0020](4)涂层：在清洗后的基体层表面涂覆功能层；
[0021](5)后处理。
[0022]为避免过度的刻蚀或腐蚀会导致刻蚀后保留相与基体的连接力不足，通过缩短刻蚀时间、多次刻蚀等控制表面粗糙度的方式控制保留相与基体连接强度。
[0023]进一步，步骤(2)中，所述酸性溶液的pH<2，所述碱性溶液的pH>12。
[0024]进一步，步骤(4)中，采用物理气相沉积、化学气相沉积、电镀、化学镀或电泳涂覆功能层。
[0025]进一步，步骤(5)中，采用抛光去除凸起或者凹陷处的后处理。
[0026]进一步，所述刻蚀为腐蚀或喷砂。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下技术效果：
[0028]本专利技术通过在基体层表层通过刻蚀的方法形成凸起或者凹陷的榫卯结构，制备的功能涂层除了粘结层与基体层形成粘结力外，功能层抱紧基体层凸起的榫卯结构或插入凹陷的榫卯结构，在粘接力外提供更加紧密结合的榫卯力，提高功能层与基体层之间的结合强度。
附图说明
[0029]图1示出本专利技术实施例1刻蚀后形成向上突起的榫卯结构的示意图；
[0030]图2示出本专利技术实施例2刻蚀后形成向下凹陷的榫卯结构的示意图；
[0031]附图标记：
[0032]1功能层，2基体层刻蚀后的表面，2
‑
1刻蚀后的榫卯面，2
‑
2刻蚀后普通面，3基体层，3
‑
1刻蚀相，3
‑
2保留相。
具体实施方式
[0033]以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。虽然本专利技术的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此专利技术的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作专利技术
介绍的目的是为了覆盖基于本专利技术的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本专利技术的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本专利技术也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本专利技术的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0034]实施例1
[0035]利用公知工艺制备硬质合金基体。基体主要成分为WC，晶粒平均直径为0.5μm。Co为刻蚀相，重量含量为6％；从基体表面向下20μm深度内为刻蚀层，在刻蚀层中Co含量是基体中Co平均含量1.5倍，形成富Co层且Co含量呈现梯度分布，刻蚀层中Mo含量为4％。将硬质合金放置于PH<1的HCl溶液中；使刻蚀相被腐蚀，保留相形成向上凸起的榫卯结构。利用去离子水、乙醇与超声波配合的方式，清洗腐蚀后的硬质合金基体，清洗时间为30min。榫卯结构嵌入涂层，涂层抱紧基体凸起的榫卯结构。采用公知CVD工艺涂覆8μm厚度的TiCN与8μm厚度的Al2O3组合涂层作为功能层。通过划痕法测试功能层与基体的结合力，通过结合力决定是否对涂覆后的表面进行抛光去除凸起或者凹陷点的处理。通过缩短刻蚀时间、多次刻蚀等控制表面粗糙度的方式控制保留相与基体连接强度。
[0036]利用划痕法测试结合力，加载速度100N/min，划痕长度5mm，终止载荷170N。实施例1测试的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于榫卯结构的梯度复合材料，其特征在于，包括基体层与功能层，所述基体层与功能层之间通过榫卯结构连接；所述基体层包括刻蚀区和非刻蚀区，所述刻蚀区通过刻蚀形成有凸起或凹陷的榫卯结构；所述基体层至少包括两种金相组织，第一种金相组织为刻蚀相，第二种金相组织为保留相。2.如权利要求1所述的基于榫卯结构的梯度复合材料，其特征在于，刻蚀区中所述刻蚀相重量含量为9
‑
15％，非刻蚀区中所述刻蚀相重量含量为6
‑
10％。3.如权利要求1所述的基于榫卯结构的梯度复合材料，其特征在于，所述刻蚀区厚度为0
‑
50μm。4.如权利要求1所述的基于榫卯结构的梯度复合材料，其特征在于，所述基体层的平均晶粒直径<1μm。5.如权利要求1所述的基于榫卯结构的梯度复合材料，其特征在于，所述刻蚀相为添加的元素、复合金相组织或基体中原有的组成部分中的任意一种。6.一种权利要求1
‑
5任一项所述的基于榫卯结构的梯度复合材料的制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李志贞，
申请(专利权)人：烟台艾迪锐能超硬刀具有限公司，
类型：发明
国别省市：
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