一种WC-Co增强铁基复合材料的制备方法技术

一种WC

【技术实现步骤摘要】
一种WC
‑
Co增强铁基复合材料的制备方法


[0001]本申请涉及一种WC
‑
Co增强铁基复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]铁基复合材料具有成本低，韧性和延展性好的优点，但是随着社会对于高性能结构材料的需求，颗粒增强铁基复合材料应运而生。增强颗粒具有较高的比强度、比刚度、比模量，但韧性和延展性较差。将增强颗粒添加到铁基复合材料中，能够提高复合材料表面的强度，硬度，耐磨性等性能，铁基复合材料为增强颗粒提供了支撑，松弛了增强颗粒受到的冲击力。大量的研究表明增强颗粒尺寸越小，复合材料的物理机械性能更好。但是在使用过程小尺寸增强颗粒往往被摩擦力挤压脱落，对表面形成磨损，而且增强颗粒与基体之间还存在润湿性差的问题。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本申请提出了一种WC
‑
Co增强铁基复合材料的制备方法，包括如下步骤：获取WC
‑
Co颗粒；将WC
‑
Co颗粒均匀布置到铸造模具中；在铸造模具中浇铸铁基复合材料，所述铁基复合材料中包括Cr和Mn。本申请将不规则形状的大尺寸WC
‑
Co颗粒添加到铁基复合材料中，WC
‑
Co颗粒对复合材料表层产生了弥散强化和固溶强化，提高了复合材料的硬度和耐磨性；热应力、相变应力和微观应力在界面处产生低高低的应力状态，残余压应力使WC
‑
Co颗粒与基体结合，抑制裂纹扩展，防止WC
‑
Co颗粒从基体上脱落。<br/>[0004]优选的，所述WC
‑
Co颗粒包括80
‑
92质量份的WC颗粒、8
‑
20质量份的Co。
[0005]优选的，所述WC颗粒的粒径为0.5
‑
3μm。
[0006]优选的，所述WC
‑
Co颗粒按照如下方式制备得到：
[0007]采用冷压法将WC颗粒、Co粉末压缩成WC
‑
Co块；
[0008]将WC
‑
Co块放入压力容器中进行热压处理，在高温下，使用N2和/或Ar作为加压介质对容器的各个方向施加压力，使WC
‑
Co块直接加压烧结成型。
[0009]将烧结成型的WC
‑
Co块使用破碎机破碎，使用滚筒筛分机将WC
‑
Co颗粒按照粒径进行筛分得到粒径为2
‑
8mm的WC
‑
Co颗粒。
[0010]优选的，所述冷压法的操作温度是15
‑
25℃；
[0011]操作压力是110
‑
120MPa；
[0012]操作时间是3分钟。
[0013]优选的，所述烧结温度是1450
‑
1500℃；
[0014]操作压力是180
‑
195MPa；
[0015]操作时间是45分钟。
[0016]优选的，所述WC
‑
Co颗粒按照如下方式设置到铸造模具当中：
[0017]将WC
‑
Co颗粒放置在酒精中使用超声清洗设备清洗表面污垢，然后将WC
‑
Co颗粒进行烘干处理；
[0018]将WC
‑
Co颗粒均匀单层放置到泡沫塑料模的底面，保证WC
‑
Co在铁基复合材料中的均匀性；
[0019]使用泡沫修补膏，将泡沫塑料模开口处封住，防止WC
‑
Co从泡沫塑料模上脱落；
[0020]将泡沫塑料模的浇铸口设置在泡沫塑料模开口处的中间位置上；
[0021]将塑料模型表层均匀涂抹上耐火涂料，厚度为0.5
‑
2mm，放到烘干室，烘干36
‑
60小时，温度35
‑
40℃；
[0022]烘干完的泡沫塑料模具，放置在铸造模具中，负压固定。
[0023]优选的，所述泡沫塑料模为聚苯乙烯塑料材质，形状为长方体或正方体，与铸造模具配合设置；
[0024]所述泡沫修补膏为聚苯乙烯修补膏；
[0025]所述耐火涂料是水基涂料，包括如下质量份数的原料：
[0026]硅砂粉：35
‑
40份；
[0027]铝矾土：50
‑
55份；
[0028]白乳胶：1
‑
3份；
[0029]阻燃剂：0.3
‑
1.5份；
[0030]膨润土：1
‑
3份；
[0031]粘结剂：4
‑
5份。
[0032]本申请的耐火涂料的作用如下：能够防止铸件产生机械粘沙和热化学粘沙；提高提高泡沫塑料模的的刚度，防止泡沫塑料膜的变形；有助于消失模模样热分解气体的排除。
[0033]优选的，所述铁基复合材料中包括如下材质：
[0034]92.9
‑
94.3质量份数的铁，0.3
‑
0.5质量份数的碳，4.5
‑
5.5质量份数的铬，0.9
‑
1.1质量份数的Mn。
[0035]优选的，铁基复合材料按照如下方式进行浇铸：
[0036]将铁基复合材料粉末进行混合配好，放到球磨罐，然后放上磨球；
[0037]将球磨罐密封，固定在行星式球磨机上，在公转方向与自转方向同向，自转速度为300
‑
400r/min的条件下球磨粉末20
‑
28小时；
[0038]铁基复合材料中各个材质的粒径不超过15μm，铁基复合材料粉末和磨球比为10/1；
[0039]将铁基复合材料粉末放置到坩埚中，熔融至1600
‑
1650℃，将熔融的铁基复合材料连续浇铸到模型中，然后冷却到室温。本申请熔融时较高的温度保证了界面处元素扩散通量更大，防止大量白色脆硬相析出，将熔融的铁基复合材料连续浇注到模型中，然后冷却到室温。
[0040]本申请在冷却过程中，WC
‑
Co与铁基复合材料的热膨胀系数之间不同，收缩不一致，相对变形量铁基复合材料大于WC
‑
Co，产生了较大的热应力。铁基复合材料在1153℃和738℃时发生相变产生相变应力。冷却过程中，发生晶格畸变产生微观应力。热应力、相变应力和微观应力三者使界面处呈现出低高低的残余应力状态，残余压应力使WC
‑
Co颗粒与基体紧密结合，抑制界面处的裂纹产生，防止WC
‑
Co颗粒从基体上脱落。
[0041]本申请能够带来如下有益效果：
[0042]1.本申请将不规则形状的大尺寸WC
‑
Co颗粒添加到铁基复合材料中，WC
‑
Co颗粒对
复合材料表层产生了弥散强本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种WC
‑
Co增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：获取WC
‑
Co颗粒；将WC
‑
Co颗粒均匀布置到铸造模具中；在铸造模具中浇铸铁基复合材料，所述铁基复合材料中包括Cr和Mn。2.根据权利要求1所述的一种WC
‑
Co增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于：所述WC
‑
Co颗粒包括80
‑
92质量份的WC颗粒、8
‑
20质量份的Co。3.根据权利要求2所述的一种WC
‑
Co增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于：所述WC颗粒的粒径为0.5
‑
3μm。4.根据权利要求2所述的一种WC
‑
Co增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于：所述WC
‑
Co颗粒按照如下方式制备得到：采用冷压法将WC颗粒、Co粉末压缩成WC
‑
Co块；将WC
‑
Co块放入压力容器中进行热压处理，在高温下，使用N2和/或Ar作为加压介质对容器的各个方向施加压力，使WC
‑
Co块直接加压烧结成型；将烧结成型的WC
‑
Co块使用破碎机破碎，使用滚筒筛分机将WC
‑
Co颗粒按照粒径进行筛分得到粒径为2
‑
8mm的WC
‑
Co颗粒。5.根据权利要求4所述的一种WC
‑
Co增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于：所述冷压法的操作温度是15
‑
25℃；操作压力是110
‑
120MPa；操作时间是3分钟。6.根据权利要求4所述的一种WC
‑
Co增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于：所述烧结温度是1450
‑
1500℃；操作压力是180
‑
195MPa；操作时间是45分钟。7.根据权利要求1所述的一种WC
‑
Co增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于：所述WC
‑
Co颗粒按照如下方式设置到铸造模具当中：将WC
‑
Co颗粒放置在酒精中使用超声清洗设备清洗表面污垢...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨学锋，董文龙，王恺，刘博文，乔阳，王守仁，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：