[发明专利]一种多功能金属-陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种多功能金属‑陶瓷复合材料，所述复合材料由钛基陶瓷材料和金属构成，所述钛基陶瓷材料所占的质量分数为50％‑97％，所述金属所占的质量分数为3％‑50％。与现有技术相比，本发明的复合材料成分偏析小，均匀性高，同时该复合材料具有良好的流动性和高的振实密度，用作冷喷涂、热喷涂和3D打印制备金属陶瓷涂层时其组织均匀性和致密性更好，可有效降低涂层和基体间的应力，提高涂层和基体的结合强度，从而提高工件的力学性能；可实现金属‑陶瓷复合材料的多功能化，用作冷喷涂、热喷涂和3D打印制备金属陶瓷涂层时可以实现金属陶瓷涂层的多功能化，满足增材制造、冷喷涂、热喷涂等领域对材料的需求。

技术领域

本发明属于多功能材料技术领域，具体涉及一种多功能金属-陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

磨损是造成机械零部件失效的主要原因。统计结果表明，约80％的机械零部件失效主要是由各种形式的磨损造成的。因此，为了防止机械零部件由于磨损造成的过早失效，改善零部件的耐磨性对延长其使用寿命，提高生产安全性和效率，降低生产成本具有重要的工程意义。机械零部件的磨损一般发生在其表面，尽管采取热处理、变质处理、掺杂等手段可以有效提高机械零部件的表面耐磨性，但其提升效果有限，不能很好的解决机械零部件由于磨损而导致的过早失效问题。对于机械零部件来说，其表面材料的硬度越高，耐磨性越好；表面材料的强韧性越好，抗冲击性越好。因此，机械零部件优异的表面力学性能对提高工件在复杂工况下的使用寿命具有重要的作用。

冷喷涂、热喷涂和3D打印技术作为一种机械零部件的表面强化技术，特别适合于复杂形状零部件的表面强化，可以显著提高工件表面材料的抗磨损性能，从而有效解决工件由于磨损而导致的过早失效问题。金属陶瓷具有高熔点、高硬度、高强度、高化学稳定性等优点，是制备耐磨损涂层的理想材料，被广泛应用于机械加工、矿山开采、石油化工、汽车制造等领域，如轴承、切削刀具、挤压杆、钻头、密封圈等。但传统的金属陶瓷涂层材料主要是采用常规粒度和形状不规则的原料粉末，经过简单混合后直接喷涂制备而成。其优点是成本较低，但由于粉末粒度不均匀，形貌不规则，导致涂层与基体的结合性较差，以及由于粉末混合不均等导致的涂层成分均匀性和性能一致性差等问题。在工件使用过程中涂层易开裂，脱落等，影响工件的使用性能和寿命。此外，传统的粉末原料功能单一，无法兼具耐磨、耐蚀、抗氧化等多功能特性，难以满足3D打印、冷喷涂、热喷涂等领域对不同功能粉末的技术需求。

从本质上讲，3D打印、冷喷涂、热喷涂技术是一种快速成型技术。传统粉末冶金所使用的不规则原料粉末的流动性差，难以满足3D打印、冷喷涂、热喷涂技术对原料粉末的要求，很难制备出综合性能优异的金属陶瓷涂层材料。对于3D打印、冷喷涂、热喷涂技术来说，金属陶瓷粉末原料必须具有类球形或球形形状，以保证粉末颗粒具有良好的流动性，从而实现金属陶瓷涂层的高效、高性能制备。然而目前常用的金属陶瓷粉末仍主要为不规则形状，且成分和功能单一，尚未见有关多功能金属-陶瓷复合类球形或球形粉末及其制备方法的报道，限制了其进一步应用。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种多功能金属-陶瓷复合材料及其制备方法。

具体来说，本发明涉及如下方面：

1、一种多功能金属-陶瓷复合材料，其特征在于，所述复合材料由钛基陶瓷材料和金属构成，所述钛基陶瓷材料所占的质量分数为50％-97％，所述金属所占的质量分数为3％-50％。

2、根据项1所述的复合材料，其特征在于，所述钛基陶瓷材料所占的质量分数为65％-90％，所述金属所占的质量分数为10％-35％。

3、根据项1所述的复合材料，其特征在于，所述钛基陶瓷材料由Ti(CN)和TiB₂构成。

4、根据项1所述的复合材料，其特征在于，所述金属选自Ni、Co、Cr、Ti和Fe中的三种或三种以上。

5、根据项1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料为球形或类球形。