一種高耐磨的梯度結構碳化物復合材料的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種高耐磨的梯度結構碳化物復合材料的制備方法，它包括如下步驟：機械混合、壓制成型、熔滲燒結和滲碳。較之現有技術，本發明專利技術具有以下有益效果：滲碳后在鎢銅合金的表面有存在一層硬度較高的碳化鎢耐磨層，另外，熔滲的低熔點銅在高溫摩擦磨損時自身的揮發也會帶走大量的熱量，從而提高該材料的抗磨損性能并可以延長使用壽命。

【技術實現步驟摘要】
一種高耐磨的梯度結構碳化物復合材料的制備方法
本專利技術涉及一種在常溫尤其是高溫下使用的耐磨材料的制備方法，具體涉及一種高耐磨的梯度結構碳化物復合材料的制備方法。
技術介紹
鎢銅合金是由高熔點、高硬度的鎢和高導電、導熱率的銅所構成的假合金。具有良好的耐電弧侵蝕性、抗熔焊性和高強度、高硬度、減磨耐磨性等優點，被廣泛地用做中、高壓開關中的電接觸材料；航空航天器件的耐高溫材料；高性能電極材料。然而，磨損作為工程構件的主要失效形式之一，越來越受到人們的關注。鎢銅合金因其特殊的性能，近年來逐漸被人們用作耐磨件，比如電視機生產線上的導軌，型材生產線上的導衛材料、高鐵上的電弓材料等。這是因為工作溫度高達上千度的導衛件，只有高熔點的材料才能不會因高溫軟化而失效；另一方面是導衛材料的摩擦系數大，軋件與導衛材料發生相對運動，會產生摩擦磨損，若摩擦系數太大將大大損耗導衛板和軋件。鎢銅基導衛材料基體中鎢的熔點為3410℃，該復合材料在高溫下仍然能保持其高強硬度的特點，不易發生粘著；而低熔點的銅在高溫條件下，軟化后使合金表面能形成一層潤滑膜，降低摩擦系數，銅鎢基復合材料還具有較好的導熱性，能快速使導衛板溫度降低可大大降低導衛工作時的溫度，從而對導衛板起到了保護作用，延長了導衛的使用壽命。在常溫下使用的導軌則因鎢銅高的硬度、抗氧化性、耐腐蝕、摩擦系數低等特點而作為耐磨件的首選。傳統鎢銅合金的耐磨性差，特別是在室溫和高溫下耐磨性更差。現有的鎢銅合金材料用作高溫耐磨件的壽命較短，從而會影響與其相互接觸件的服役狀況。為進一步提高鎢銅復合材料的表面硬度和耐磨性，本專利技術介紹一種高耐磨性鎢銅復合材料制備方法。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種高耐磨的梯度結構碳化物復合材料的制備方法。本方法所制備的一種高耐磨的梯度結構碳化物復合材料，能夠作為溫度不超過1000℃服役條件下的耐磨件。本專利技術是采用以下技術方案實現的：一種高耐磨的梯度結構碳化物復合材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：①機械混合：將鎢粉、碳化鎢粉、銅粉、鎳粉和溶劑有機機械混合；②壓制成型：將機械混合后的物料壓制成型成壓坯；③熔滲燒結：然后將壓坯采用熔滲銅燒結制備鎢銅復合材料；④滲碳：將經步驟③制成的鎢銅復合材料置于滲碳爐中進行滲碳，得到表面是滲碳層、內部是各個組成相均勻分布的具有高耐磨性的復合材料；其中，所述的鎢粉、碳化鎢粉、銅粉及鎳粉的質量比為74-76:4-6:4-6:0.1-0.3，所述的有機溶劑的量按照每千克鎢粉、碳化鎢粉、銅粉及鎳粉制成的混合粉料加5-10毫升的溶劑。進一步地，所述的高耐磨的梯度結構碳化物復合材料的制備方法，還包括步驟⑤噴砂：將經步驟④滲碳后的復合材料置于固體噴砂機中進行噴砂，用來去除表面粘附的炭黑，噴砂的沖擊速度為10～20米/秒，噴砂所用的砂粒不大于200目。通過步驟⑤噴砂能使本專利技術的復合材料具有更高的耐磨性。進一步地，具體操作時，為了使滲碳更加均勻，在滲碳前去除掉零件表面多余的覆銅。將步驟4溶滲好的復合材料表面多余的覆銅通過車削(回轉體的材料)或銑削(方形的材料)去掉。進一步地，所述的①機械混合為：將鎢粉、碳化鎢粉、銅粉及鎳粉與溶劑(優選汽油)共同攪拌混合2～3小時，然后過40目的篩網放置1～2小時，所述的有機溶劑的量按照每千克鎢粉、碳化鎢粉、銅粉及鎳粉制成的混合粉料加5-10毫升的溶劑。為了使鎢銅復合材料內部的各個相更加均勻，所述的鎢粉的粒徑為4～6μm，碳化鎢粉的粒徑為6～10μm，銅粉的粒徑為50～80μm，鎳粉的粒徑為1～5μm。進一步地，所述的②壓制成型步驟為：根據所加工產品的尺寸即產品的體積和壓坯的密度，計算所需要的壓坯的質量，即(壓坯的質量＝壓坯的密度*零件的體積)，然后稱取壓坯的質量相同的混合粉裝入鋼制模具中，以6～8噸/厘米2的壓力壓制成型，再將壓坯從模具中以小于30％的壓制壓力脫出。進一步地，所述的壓坯的密度是理論密度的85％，即13～13.2克/立方厘米。進一步地，所述的③熔滲銅燒結包括：將步驟②壓制成型的壓坯放入石墨舟中，然后將石墨舟放入在高溫保護氣氛燒結爐內熔滲銅燒結，溶滲的銅的質量是壓坯質量的17％；燒結時，在石墨舟上面設置用來滲銅的銅坯塊，周圍設置高純氧化鋁填料；燒結時，控制保護氣氛流量為0.3～0.6立方米每小時，溫度為1400℃～1460℃，燒結時間為2～2.5小時。進一步地，所述的銅坯塊為用純銅粉壓制而成的銅棒或現有的純銅棒，高純氧化鋁填料的目數為80～100目，所述的保護氣氛為氫氣或氦氣。進一步地，所述的④滲碳包括：將步驟③熔滲銅燒結后的坯料放在含有滲碳劑的滲碳爐中，加熱到950～980℃，保溫12～24小時進行滲碳，等滲碳結束后，隨爐冷卻到室溫，再去掉滲碳劑。所述的滲碳劑為液體滲碳劑或固體滲碳劑，液體滲碳劑的用量按照每分鐘2～5毫升，所述的固體滲碳劑的用量按照每千克鎢粉、碳化鎢粉、銅粉及鎳粉混合粉加200克固體滲碳劑，所述的有機溶劑為汽油、酒精或丙酮。所述液體滲碳劑優選煤油或甲烷，所述固體滲碳劑優選尿素。較之現有技術，本專利技術具有以下有益效果：滲碳后在鎢銅合金的表面有存在一層硬度較高的碳化鎢耐磨層，另外，熔滲的低熔點銅在高溫摩擦磨損時自身的揮發也會帶走大量的熱量，從而提高該材料的抗磨損性能并可以延長使用壽命。同時，本專利技術也有利于提高材料的表面強度，與心部的較軟基體配合，能夠充分發揮該材料的綜合強韌性，用在軍工和特殊服役條件下。通過高溫滲碳和添加硬質相碳化鎢，不僅表面得到強化，心部也有一定的硬度提高，更重要的是心部與表面的強韌性得到一個較為理想的配合，從而發揮材料的最佳性能。附圖說明圖1為相同載荷相同速度不同溫度下梯度結構碳化物復合材料的摩擦磨損表面形貌。具體實施方式(一)具體實施方式一種高耐磨的梯度結構碳化物復合材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：①機械混合：將鎢粉、碳化鎢粉、銅粉、鎳粉和有機溶劑機械混合；②壓制成型：將機械混合后的物料壓制成型成壓坯；③熔滲燒結：然后將壓坯采用熔滲銅燒結制備鎢銅復合材料；④滲碳：將經步驟③制成的鎢銅復合材料置于滲碳爐中進行滲碳，得到表面是滲碳層、內部是各個組成相均勻分布的具有高耐磨性的復合材料；其中，所述的鎢粉、碳化鎢粉、銅粉及鎳粉的質量比優選為74-76:4-6:4-6:0.1-0.3，也可以是在這比例附近的其它比例，所述的有機溶劑的量按照每千克鎢粉、碳化鎢粉、銅粉及鎳粉制成的混合粉料優選加5-10毫升的溶劑。進一步地，所述的高耐磨的梯度結構碳化物復合材料的制備方法，還包括步驟⑤噴砂：將經步驟④滲碳后的復合材料置于固體噴砂機中進行噴砂，用來去除表面粘附的炭黑，噴砂的沖擊速度優選為10～20米/秒，噴砂所用的砂粒優選為不大于200目。通過步驟⑤噴砂能使本專利技術的復合材料具有更高的耐磨性。進一步地，具體操作時，為了使滲碳更加均勻，在滲碳前去除掉零件表面多余的覆銅。將步驟4溶滲好的復合材料表面多余的覆銅通過車削(回轉體的材料)或銑削(方形的材料)去掉。進一步地，所述的①機械混合為：將鎢粉、碳化鎢粉、銅粉及鎳粉與溶劑(優選汽油)共同攪拌混合2～3小時，然后過40目的篩網放置1～2小時。為了使鎢銅復合材料內部的各個相更加均勻，所述的鎢粉的粒徑為4～6μm，碳化鎢粉的粒徑為6本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高耐磨的梯度結構碳化物復合材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：①機械混合：將鎢粉、碳化鎢粉、銅粉、鎳粉和有機溶劑機械混合均勻；②壓制成型：將機械混合后的物料壓制成型成壓坯；③熔滲燒結：然后將壓坯采用熔滲燒結制備鎢銅復合材料；④滲碳：將經步驟③制成的鎢銅復合材料置于滲碳爐中進行滲碳，得到表面是滲碳層、內部是各個組成相均勻分布的具有高耐磨性的碳化物復合材料；其中，所述的鎢粉、碳化鎢粉、銅粉及鎳粉的質量比為74?76:4?6:4?6:0.1?0.3，所述的溶劑的量按照每千克由鎢粉、碳化鎢粉、銅粉及鎳粉制成的混合粉料加5?10毫升的有機溶劑。

【技術特征摘要】
1.一種高耐磨的梯度結構碳化物復合材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：①機械混合：將鎢粉、碳化鎢粉、銅粉、鎳粉和有機溶劑機械混合均勻；②壓制成型：將機械混合后的物料壓制成型成壓坯；③熔滲燒結：然后將壓坯采用熔滲燒結制備鎢銅復合材料；④滲碳：將經步驟③制成的鎢銅復合材料置于滲碳爐中進行滲碳，得到表面是滲碳層、內部是各個組成相均勻分布的具有高耐磨性的碳化物復合材料；其中，所述的鎢粉、碳化鎢粉、銅粉及鎳粉的質量比為74-76:4-6:4-6:0.1-0.3，所述的溶劑的量按照每千克由鎢粉、碳化鎢粉、銅粉及鎳粉制成的混合粉料加5-10毫升的有機溶劑。2.根據權利要求1所述的一種高耐磨的梯度結構碳化物復合材料的制備方法，其特征在于：還包括步驟⑤噴砂：將經步驟④滲碳后的復合材料置于噴砂機中進行噴砂，用來去除表面粘附的炭黑，噴砂的沖擊速度為10～20米/秒，噴砂所用的砂粒不大于200目。3.根據權利要求1所述的一種高耐磨的梯度結構碳化物復合材料的制備方法，其特征在于：在滲碳前去除掉零件表面多余的銅。4.根據權利要求1所述的一種高耐磨的梯度結構碳化物復合材料的制備方法，其特征在于：所述的①機械混合為：將鎢粉、碳化鎢粉、銅粉、鎳粉與有機溶劑共同攪拌混合2～3小時，然后過40目的篩網放置1～2小時。5.根據權利要求1或4所述的一種高耐磨的梯度結構碳化物復合材料的制備方法，其特征在于：所述的鎢粉的粒徑為4～6μm，碳化鎢粉的粒徑為6～10μm，銅粉的粒徑為50～80μm，鎳粉的粒徑為1～5μm。6.根據權利要求1所述的一種高耐磨的梯度結構碳化物復合材料的制備方...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃友庭，陳文哲，李巍，
申請(專利權)人：福建工程學院，
類型：發明
國別省市：福建,35