[发明专利]一种稀土附着碳化钨颗粒增强铁基表层复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种稀土附着碳化钨颗粒增强铁基表层复合材料的制备方法，属于耐磨材料制备技术领域，该复合材料由复合层、基材层、复合层三层构成。复合层由增强体、基体、金属粉末构成；其中增强体是表面附着有稀土的碳化钨颗粒与细晶纯铁的混合粉末，基体是粗晶纯铁粉。基材层是细晶纯铁；其制备方法是准备相应的粉末，先制备复合层：先把稀土包裹在碳化钨颗粒的表面，再把碳化钨与细晶纯铁球磨混粉制得增强体，最后再把增强体粉末、粗晶纯铁与金属粉末球磨得到复合层。再压制预制坯，最后进行真空烧结，得到稀土附着碳化钨颗粒增强铁基表层复合材料；制得的稀土附着碳化钨颗粒增强铁基表层复合材料不含有杂质，表层复合材料减少了微孔等缺陷。

技术领域

本发明涉及一种稀土附着碳化钨颗粒增强铁基表层复合材料的制备方法，属于复合材料制备领域。

背景技术

随着现代经济和工业的高速发展，对于材料的服役性能提出了更加严苛的要求，特别是在耐磨材料领域，由于单一的金属以及简单的金属合金材料已经很难适配现代工业要求。耐磨材料在现代生活和工业生产中起到了不可或缺的作用，比如街头随处可见的球墨铸铁井盖、大型破碎机的衬板以及工业生产所用的磨球等等。根据我国最新的统计数据因磨损消耗，造成材料的损失量是相当巨大的，而且这个数字还在与日俱增。因此成功研发性能优异的耐磨材料是科研工作者刻不容缓的任务。在矿山、建材、机械、冶金等邻域在广泛应用的激冷激热工况，不仅需要材料具有良好的耐磨性能，而且还需具备耐高温和抗冲击等性能。现在使用的耐热钢具有抗疲劳性能，但是在激冷激热条件下其耐磨性差影响了服役寿命，而且生产成本高也限制了其发展。因此结构、组织和性能可调控的陶瓷颗粒增强钢铁基复合材料成为了新的研究热点。颗粒增强金属基复合材料不仅具备金属基体良好的塑性和可成形性，而且还具有增强颗粒高强度、高硬度、高模量等特点。更重要的是其还具有耐磨性、耐蚀性、易于制备等优良特点。碳化钨颗粒与钢铁基体的润湿角几乎为零，因此其能够良好的冶金结合，形成良好的界面，这也极大的增强了其耐磨性。

中国发明专利（CN113106313A）发明一种稀土掺杂WC颗粒增强钢基复合材料的制备方法，属于钢基复合材料制备的技术领域。其制备方法是：把石蜡和碳化钨颗粒放在烧杯中水浴加热，使石蜡包裹在碳化钨表面，再与稀土球磨混粉。把表面附着有稀土的WC颗粒与钢粉混合，用粉末压片机压实后，在真空管式炉中烧结成型。稀土的附着提高了钢粉与陶瓷颗粒的润湿性，改善了复合界面的性能；但是此工艺烧结出的复合材料出现较多的微孔等缺陷，特别是碳化钨颗粒团聚分布的时候缺陷更加明显。

因此，本发明对于上述粉末冶金制备过程中致密性不好，容易出现孔洞等缺陷。通过碳化钨增强颗粒与不同粒度纯铁粉混合，并且加入稀土和合金元素的粉末，提高了基体和增强颗粒的润湿性以及复合界面的结合性。通过改变复合材料的结构，采用复合层、基材层、复合层的三层结构，基材层的加入减少了复合层在烧结过程致密性不好的比例，从而提高复合材料整体的致密性，并且在一定程度上节约了成本。

发明内容

本发明提供一种稀土附着碳化钨颗粒增强铁基表层复合材料的制备方法。采用细晶纯铁作为基材层；复合层由增强体、粗晶纯铁粉末、金属粉末构成，其中增强体是表面附着有稀土的碳化钨颗粒与细晶纯铁的混合粉末，先制备复合层：先把稀土包裹在碳化钨颗粒的表面，再把表面附着有稀土的碳化钨与细晶纯铁球磨混粉制得增强体粉末，最后再把增强体粉末、粗晶纯铁与金属粉末球磨得到复合层；其次再按照一定的质量分数依次按照复合层-基材层-复合层铺入模具中，用粉末压片机压实后，放入真空管式炉中烧结成型。

本发明所述方法具体步骤如下：

（1）将碳化钨、粘结剂、稀土粉末加入酒精以后进行湿法球磨，真空干燥条件下脱去粘结剂和酒精，筛去没有附着上的稀土粉末；其中，碳化钨的质量百分比为98.8%~99.4%，稀土粉末的质量百分比为0.6-1.2%。