一种碳化钨-钢基复合材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108746636A(43)申请公布日2018.11.06(21)申请号201810498844.1(22)申请日2018.05.23(71)申请人昆明理工大学地址650093云南省昆明市五华区学府路253号(72)发明人李祖来颜哲山泉蒋业华张亚峰(51)Int.Cl.B22F7/02(2006.01)B22F1/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种碳化钨-钢基复合材料及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种稀土调控颗粒微观界面生长的碳化钨-钢基复合材料及其制备方法，所述碳化钨-钢基复合材料包括复合层-过渡层-基体层，采用表面附着稀土元素的碳化钨与钢粉的混合粉末作为复合层材料，钨粉和钢粉的混合粉末作为过渡层材料，钢粉作为基体层材料；其中，稀土元素为Nd、Y、Ta中的一种或几种的混合。将表层包覆有稀土元素粉末的碳化钨颗粒和钢粉的混合粉末与钨粉-钢粉的混合粉末及钢粉末，共同压制成复合层-过渡层-基体层预制体，放入真空管式烧结炉烧结成型。CN108746636ACN108746636A权利要求书1/1页1.一种稀土调控颗粒微观界面生长的碳化钨-钢基复合材料，包括复合层-过渡层-基体层，采用表面附着稀土元素的碳化钨与钢粉的混合粉末作为复合层材料，钨粉和钢粉的混合粉末作为过渡层材料，钢粉作为基体层材料。2.根据权利要求1所述的碳化钨-钢基复合材料，其特征在于，碳化钨为60-80目的球型铸造碳化钨颗粒。3.根据权利要求1所述的碳化钨-钢基复合材料，其特征在于，稀土元素为Nd、Y、Ta中的任意一种或几种的混合物。4.根据权利要求1所述的碳化钨-钢基复合材料，其特征在于，钢粉为低碳钢、低合金钢、高锰钢中的任意一种。5.根据权利要求1所述的碳化钨-钢基复合材料，其特征在于，复合层材料中稀土元素的质量百分数为2-5%，碳化钨的质量百分数为35-55%，余量为钢粉。6.根据权利要求1所述的碳化钨-钢基复合材料，其特征在于，过渡层材料中钨粉质量百分数为30-50%，余量为钢粉。7.根据权利要求1所述的碳化钨-钢基复合材料，其特征在于，所述复合材料中，各层的质量百分数为：复合层40-55%，过渡层20-30%，基体层20-30%。8.权利要求1至7任意一项所述的碳化钨-钢基复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将碳化钨和稀土元素混合球磨24-48h，使稀土元素充分附着在碳化钨表面，然后去除没有附着上的稀土元素，与钢粉混合均匀，作为复合层材料；（2）将钨粉与钢粉混合均匀，作为过渡层材料；（3）基体层材料为钢粉；（4）将三种材料分别球磨1-2h，然后按照复合层-过渡层-基体层的结构压制成三层预制体，压片机压力10-15MPa，保压5-10min；（5）将压制成型的三层预制体放入真空管式炉内烧结成型。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）烧结过程包括以下步骤：先以4~7℃/min的速率升温至500℃，再以8~12℃/min的速率升温至800℃，再以4~6℃/min的速率升温至1000℃，再以1.5~2.5℃/min的速率升温至1300℃，保温40min，再按照前述步骤的逆过程降温至室温。2CN108746636A说明书1/5页一种碳化钨-钢基复合材料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种碳化钨-钢基复合材料及其制备方法，尤其是一种稀土调控颗粒微观界面生长的碳化钨-钢基复合材料及其制备方法，属于新型材料的开发设计领域。背景技术[0002]材料的磨损是从材料的表面开始的，耐磨材料表面的抗磨性决定了其在磨损工况下的服役寿命，因此如何提升材料表面的抗磨性是耐磨材料开发和研究的重点。与传统单一金属材料相比，陶瓷颗粒增强钢铁基体表层复合材料以其独特的结构、卓越的性能和较高的性价比成为如今耐磨材料研发的主流。如表1所示，在氧化铝、碳化硅、碳化钛、碳化钨等众多陶瓷颗粒中，碳化钨的强度和硬度相比于其他陶瓷颗粒均要高，化学稳定性也较好，与钢的润湿性极强，界面可以达到良好的结合，在颗粒增强钢铁基表层复合材料中有着较好的应用前景。[0003]表1常见增强颗粒的物理、力学性能作为一种陶瓷颗粒增强表层复合材料，碳化钨颗粒与钢基体的热物理性质匹配程度是关系到材料性能优良的重要因素。钢材的膨胀系数为12×10-6/℃左右，与碳化钨的膨胀系数差距较大，温度变化速率的大小对材料微观界面的物理状态影响巨大。升温时，变化速率过大会在微观界面处产生压应力，造成应力集中，降温时会产生拉应力，使界面有开裂的倾向。特别是在激冷激热的工况下，频繁的应力变化还会导致热疲劳的产生，加快零件的失效。如何解决碳化钨颗粒与钢基体热物理性质不匹配问题，成为如今碳化钨-钢基复合材料