[发明专利]一种表层复合材料的制备方法

权利要求书

1.一种表层复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)圆柱状陶瓷预制体的成型：将陶瓷颗粒、活化剂、粘结剂混合均匀得到混合粉末，再加入造孔剂；将几种陶瓷颗粒体积分数不同的混合粉末填装到分层模具中，陶瓷颗粒的体积分数沿圆心至圆柱面方向呈递减趋势；去除模具，将分层填装的松装预制体压制为陶瓷颗粒体积分数沿半径方向呈梯度变化的预制体；

(2)制备复合材料：将步骤(1)制备得到的预制体放入到EPS发泡模具底部，预制体按照蜂窝结构进行排列，然后进行EPS发泡，发泡后预制体被嵌入到EPS模型表面；采用消失模铸造方法浇注基体金属液，预制体在金属液作用下变为增强体，实现复合材料的成形得到表层复合材料；

所述表层复合材料采用铸钢或铸铁作为基材，金属基材表面具有圆柱状陶瓷颗粒增强体，陶瓷颗粒增强体按照蜂窝结构进行排列；陶瓷颗粒增强体中陶瓷颗粒体积分数沿半径从圆心至圆柱面方向呈递减趋势。

2.根据权利要求1所述表层复合材料的制备方法，其特征在于：所述分层模具结构为多个圆柱形模具嵌套在一起组成的环状结构。

3.根据权利要求1所述表层复合材料的制备方法，其特征在于：基体金属为合金钢、高铬铸铁、球墨铸铁中的任意一种。

4.根据权利要求1所述表层复合材料的制备方法，其特征在于：陶瓷颗粒为Al₂O₃颗粒或者主要成分为Al₂O₃的颗粒，颗粒粒度为20-80目。

5.根据权利要求1所述表层复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中造孔剂为聚乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、碳酰二胺的一中或几种，按照混合粉末总体积的5-30％进行添加；粘结剂为PVA(聚乙烯醇)、PAM(聚丙烯酰胺)或者酚醛树脂，总量按照混合粉末总质量的5-10％进行添加；活化剂为高碳铬铁粉末、Fe基自熔性合金粉末、SiC粉末、B₄C粉末、Ti₂O粉末中的一种或几种，按照混合粉末总质量的2-7％进行添加。

6.根据权利要求1所述表层复合材料的制备方法，其特征在于：通过改变分层模具和EPS发泡模具的几何尺寸，调整预制体的尺寸进而调整表层复合材料的结构参数，获得具有不同结构参数的复合材料，以适用于 不同尺寸和不同使用工况的工件；其中，预制体的直径为5-30mm、预制体高度h为5-50mm、界面过渡区层数n为2-6、界面过渡区层间距d为1-5mm、预制体间距l为5-30mm。