[发明专利]轻质高强度耐磨粉末冶金钢基复合材料及制备方法与应用

权利要求书

1.一种轻质高强度耐磨粉末冶金钢基复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：首先获得30CrNi4Mo合金钢粉末，然后向30CrNi4Mo合金钢粉末中加入TiC颗粒，TiC颗粒的终浓度为20vol％～30vol％，同时保证TiC颗粒均匀弥散分布在30CrNi4Mo合金钢粉末之中，使TiC颗粒与30CrNi4Mo基体牢固结合，得到轻质高强度耐磨粉末冶金钢基复合材料。

2.根据权利要求1所述轻质高强度耐磨粉末冶金钢基复合材料的制备方法，其特征在于：所述的30CrNi4Mo合金钢粉末的粒度为10～100μm；

所述的TiC颗粒是平均粒度为3μm、纯度≥99.5％的TiC颗粒。

3.根据权利要求1所述轻质高强度耐磨粉末冶金钢基复合材料的制备方法，其特征在于：所述的30CrNi4Mo合金钢粉末的组分和按质量百分比计的组成如下：C0.33％、Cr1.32％、Ni3.3％、Mo0.31％、Mn0.32％、Si0.25％，其余为铁和不可避免的微量杂质。

4.根据权利要求1～3任一项所述轻质高强度耐磨粉末冶金钢基复合材料的制备方法，其特征在于包含如下步骤：

(1)制粉：使用水雾化法制备30CrNi4Mo合金钢粉末；

(2)配料：将30CrNi4Mo合金钢粉末与TiC颗粒按以下体积百分比用量进行配比：30CrNi4Mo70％～80％，TiC20％～30％；

(3)混合：将步骤(2)配比好的30CrNi4Mo合金钢粉末与TiC颗粒混合均匀；

(4)球磨：将步骤(3)混合均匀的混合粉末进行球磨，球磨在惰性气体环境下进行；

(5)热压烧结：将球磨后的复合粉末装入热压模具中，置于真空热压炉内进行热压烧结，得到轻质高强度耐磨粉末冶金钢基复合材料。

5.根据权利要求4所述轻质高强度耐磨粉末冶金钢基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的混合均匀为通过在V型混料机上干混至少2小时实现；步骤(4)中所述的惰性气体为氩气。

6.根据权利要求4所述轻质高强度耐磨粉末冶金钢基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的球磨为使用行星球磨机上实现；

所述的球磨的条件如下：球磨介质为直径8～10mm的不锈钢球，球料按质量比为8:1，球磨机转速226转/分；

所述的球磨的时间为至少20小时。

7.根据权利要求5所述轻质高强度耐磨粉末冶金钢基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述的加压烧结的参数如下：烧结压力为50MPa，烧结温度为1100℃，从烧结开始到200℃的升温速率为5℃/min，200℃～1100℃的升温速率为10℃/min，保温时间为1h。

8.一种轻质高强度耐磨粉末冶金钢基复合材料，通过权利要求1～7任一项所述的制备方法得到。

9.根据权利要求8所述的轻质高强度耐磨粉末冶金钢基复合材料，其特征在于：所述的轻质高强度耐磨粉末冶金钢基复合材料具有如下特点：相对密度达97.6％以上，绝对密度低至6.83g/cm³，抗拉强度超过1000MPa；耐磨损性能在0.98m/s滑动速度、400N载荷条件下，较铸锻致密的30CrNi4Mo合金钢提高了10倍以上。

10.权利要求8和9所述的轻质高强度耐磨粉末冶金钢基复合材料的应用，其特征在于：所述的轻质高强度耐磨粉末冶金钢基复合材料用于制作结构件和/或耐磨损零件。