[发明专利]一种表面分级复合材料界面层及其制备方法

权利要求书

1.一种表面分级复合材料界面层，包括分散的硬质第二相(1)和包覆的金属粘结相(2)的表面复合材料，表面复合材料是硬质第二相在近表面区呈空间有序分布的复合材料，硬质第二相(1)为粒径10nm-50μm的碳化物、氧化物、氮化物或者硼化物颗粒，金属粘结相(2)为高润湿性的铁、钴、镍纯金属或以铁、钴、镍为基的合金，硬质第二相(1)与金属粘结相(2)体积比(35-90):(65-10)；其特征在于：所述表面分级复合材料为具有分级结构的硬质第二相次级单元(3)，硬质第二相次级单元(3)的中心间距为D，硬质第二相次级单元(3)最大宽度为L，对应关系为D＝(1-2)L，各硬质第二相次级单元(3)层厚不小于该硬质第二相次级单元(3)内分散的硬质第二相(1)的粒径，表面分级复合材料界面层厚度H为10-500μm，与硬质第二相次级单元(3)最大宽度L之间的对应关系为H＝(0.2-2)L。

2.根据权利要求1所述的一种表面分级复合材料界面层的制备方法，其特征在于：采用的制备步骤如下：

(a)依据所述具有分级结构的硬质第二相次级单元(3)构成的表面复合材料的要求，采用真空烧结或惰性气氛或还原气氛烧结，制备用于电火花放电沉积的硬质第二相(1)粒径、体积比和致密度系列变化的复合材料电极；

(b)依次采用所述系列变化的复合材料电极在零部件基体上进行逐点逐层电火花放电，沉积具有分级结构的硬质第二相次级单元(3)，在惰性或活性气氛中脉冲放电，单脉冲能量0.001-10J，脉冲频率50-5000Hz，脉冲电流50-1000A，脉冲宽度1-1000μs，调整电极扫描移动速度、横向平移步长、自转速度、振动频率与电火花放电参数相匹配，逐点逐层沉积获得所述表面分级复合材料界面层；

(c)采用常规涂层技术在所述表面分级复合材料界面层上制备不同于金属基体、具有更高体积比硬质第二相(1)的表面硬质涂层。

3.根据权利要求2所述的一种表面分级复合材料界面层的制备方法，其特征在于：所述系列变化的复合材料电极在零部件基体上进行逐点逐层电火花放电沉积硬质第二相次级单元(3)，按照硬质第二相次级单元(3)中硬质第二相(1)粒径10nm-50μm从大到小、与金属粘结相(2)体积比(35-90):(65-10)从低到高的顺序，依次选用相应的复合材料电极逐点逐层电火花放电沉积硬质第二相次级单元(3)。

4.根据权利要求2所述的一种表面分级复合材料界面层的制备方法，其特征在于：所述系列变化的复合材料电极按较大粒径硬质第二相(1)对应较低粒径硬质第二相(1)体积比配制烧结原料，在真空环境、惰性气氛或还原气氛保护下进行单轴加压或热等静压烧结，改变烧结温度和烧结压力，获得一系列烧结致密度为50-90％、直径为2-10mm的复合材料电极。

5.根据权利要求2所述的一种表面分级复合材料界面层的制备方法，其特征在于：所述系列变化的复合材料电极在零部件基体上进行电火花放电沉积，在惰性或活性工作气氛中放电，对于硬质第二相(1)为碳化物的电极，所述工作气氛为氩气、甲烷、乙炔或者含碳活性气体；对于硬质第二相(1)为氧化物的电极，所述工作气氛为氩气、氧气或者含氧活性气体；对于硬质第二相(1)为氮化物的电极，所述工作气氛为氩气、氮气、氨气或者含氮活性气体；对于硬质第二相为硼化物的电极，所述工作气氛为氩气、三氯化硼和氢气混合气或者含硼活性气体。

6.根据权利要求2所述的一种表面分级复合材料界面层的制备方法，其特征在于：所述表面分级复合材料界面层上采用物理气相沉积、化学气相沉积或热喷涂技术制备的表面硬质涂层厚度为10-1000μm。