[发明专利]一种(WC/高速钢)钢结硬质合金及层合材料制备方法

说明书

技术领域

本发明属于(WC/高速钢)超硬合金的制备技术领域，特别是提供了一种用WC粒子与N₂或Ar高速多相气流对高速钢合金液流进行雾化沉积的特种冶金技术。提供了一种崭新的以极佳的冷速(10^4.5-10⁶℃/s)，极佳的高温瞬间多相混合手段，高能快速液滴颗粒冲击成形，和对合金快速急冷等，综合优异的特种冶金条件，使本发明的技术不仅可以制备WC颗粒增强的(WC/高速钢)钢结硬质合金复合材料，或直接制备出具有特殊外貌形态，尺寸要求的(WC/高速钢)钢结硬质合金部件。同时，可制备(WC/高速钢)与不锈钢板或普碳钢板的双层和多层复合(装甲)材料或部件。 

背景技术

钢结硬质合金是介于普通硬质合金和钢之间的一种合金。它是由碳化物(WC，TiC)硬质相粉末与各种性能的合金钢粉末采用粉末冶金工艺(混粉-压制-烧结)制成，国外自1960年在德国，荷兰，美国等开始研制。我国于1962年开始研制，目前已能大批量生产。主要品种有(TLMW50；GT35)两种牌号：前者为50％(质量)的WC粉+50％(质量)的(Cr_1.5Mo_1.5CFe)钢粉制成。后者为35％(质量)TiC粉+65％(质量)的(Cr₃Mo₃C_0.8Fe)钢粉制成。 

近50年来，世界各国在钢结硬质合金生产过程中发现合金的最佳烧结温度与合金的液相线十分接近。在烧结过程中，温度控制十分困难，特别是大型(重量＞3kg)的产品，温度稍有偏高就会造成产品表面局部熔化流失。温度稍微偏低又会造成“未烧好”或夹生废品。国内外生产者对这一难题几乎束手无策，最终废品率居高不下。但是钢结硬质合金因其具有良好的可锻性，热处理性和可机加工性又具有很高的硬度，故长期以来仍是国内外材料工作者研究的热点，特别是(WC/高速钢)这种钢结硬质合金，除制备新型机加工刀具外又是热作模具的最好材料。 

1994年以来中国北京科技大学吴成义教授和张丽英教授最先采用真空喷射沉积技术，研究了WC颗粒增强的(WC/高速钢)钢结硬质合金的制备技术及材料的特性，发现用喷射沉积技术生产的WC15-35％(质量)的(WC/高速钢)钢结硬质合金，具有优异的可锻性、热处理性、易加工性等。新材料的各种性能均高于原 高速钢相应加工状态下的性能。开辟了一种新型钢结硬质合金的制备技术，为我国增添了一种新型的钢结硬质合金钢种。当时向钢液内加入WC粒子的设备还很落后(外环法)。WC粒子不能以高速状态射入钢液，因此会造成WC粒子在钢内分布的不均匀性，这是外环法致命的弱点。本发明正是为了解决这一难题，从制造方法上，开创了一种新型的，用WC(或VC、TiC)的高速固相颗粒喷射钢液，在极高的温度下极高的冲击动能下，极短的时间内，将WC硬质相粉末颗粒强制地均匀的混合到钢的液滴内，并以极大的冲击动能喷射沉积(即原位烧结)成致密态合金即钢结硬质合金。 

发明内容

本发明主要是用高速WC固相粒子作为雾化的动能介质和冷却剂，对高速钢液流进行雾化、沉积，其核心内容为：①高速固相WC粒子的发生、输送、控制技术。②将高速固相粒子流汇集成具有一定空间夹角的高能WC粒子流雾化锥体。③用高能WC粒子流将高速钢液雾化的同时完成固相WC粒子与钢液快速混合和快速沉积成形工作。④用WC粒子与高速钢的混合液滴喷射沉积到预热的钢板上，制备双层或多层复合材料。 

本发明的第一内容 

高速固相WC粒子的发生、输送及控制设备是由附图1中：电动机1；气体换向室2；内有螺旋推料器，并由电动机控制送料的料管3；；用来将WC粒子加速的锥形管4；喷嘴6；WC粉料仓8；高压气引入管9；不锈钢气管10；以上部件组成高速固相粒子的发生、输送、控制系统。在通气(N₂或Ar)的极短时间内将固态颗粒WC加速即可获得高速WC固相粒子流。上述设备在不通入高压N₂、Ar气时，要求在真空状态下保持不漏气。 

本发明的第二内容 

附图1中6是环形喷嘴，这是一种具有特定角度的喷嘴，能将高速固相粒子流通过导管引入到喷嘴的均压室中。均压后，再通过特定喷嘴角度(α＝25-40°)的锥形环状缝(或环孔)向下喷射出，即可将高速WC粒子流汇集成一种在空间上有某种特定角度(α)的(高能粒子流)雾化锥体，这一锥体的内腔为射流负压区(负压场)，并有固定的汇聚焦点F(mm)。实验证明，高速粒子通过喷嘴汇聚后，能够完全达到汇聚成高速粒子流雾化锥体目的。 

本发明的第三内容