CN107442776A - 一种表面液相烧结制备双金属复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面液相烧结制备双金属复合材料的方法,具有如下步骤:S1、基体原料的预处理;S2、强化层粉末的制备;S3、双金属复合材料的表面液相烧结。本发明在韧性较好的普通钢材表面通过液相烧结法制备出了造价较昂贵的强化层,强化层厚度只占总体厚度的四分之一到二分之一,降低了生产过程中的成本;强化层结构致密,无孔洞,没有发现夹杂物以及宏观偏析,且其均匀性良好;基体原料与强化层结合良好,结合面无开裂,显微镜下未观察到微观缺陷;本发明可以生产以韧性较好的普通钢材为基体原料、多种合金成分为强化层的耐磨复合材料,与其他生产方式相比存在较大技术优势。
Description
技术领域
本发明属于耐磨材料技术领域,具体涉及一种表面液相烧结制备双金属复合材料的方法。
背景技术
在强腐蚀、高磨损等恶劣条件下,机械零件的破损普遍发生在零部件的表面。水泥、电力、煤炭等行业中立磨的磨辊和衬板,以及辊压机的辊套均在剧烈磨擦、冲击的工况下运行,恶劣的工作环境导致磨损严重,近年来多采用堆焊耐磨材料的方式进行强化,在降低成本的前提下延长其使用寿命;轴在工作过程中,由于摩擦、磨粒及腐蚀等原因,容易产生局部磨损、工作精度下降,导致机器寿命缩短。高强度复合材料就是在这种服役条件下发展起来的,采用热喷涂、堆焊、感应熔覆等手段,在塑性和韧性都较好的普通低碳钢或低合金钢表面复合一定厚度的高硬度、高强度、耐腐蚀的合金钢耐磨层,在提高使用能力的同时,可降低制造成本。但采用热喷涂技术,获得的涂层厚度较薄,并且与基体之间的结合主要为机械结合,结合强度较低,手工操作时的条件差,对环境存在污染,存在不同程度的孔隙。目前应用比较广泛的堆焊技术,虽然能够获得厚度足够的耐磨层,但其对堆焊合金的选择范围较窄,堆焊合金成分与基体成分一般相差较大,堆焊时以及焊接后焊缝容易产生过大的应力集中,而使堆焊层开裂。感应熔覆技术近年来发展迅猛,在某些方面已经有所应用,但其设备、工艺较复杂,还存在氧化严重、易产生空洞裂纹等缺陷的问题,需完善合理的工艺规范,才能广泛应用。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种针对普通中低碳钢或者低合金钢的表面液相烧结技术。该技术方法生产成本低廉,工艺简单,所得复合材料界面结合良好,强化层的成分可控,强化层的组织均匀致密,元素均匀分布,无偏析,无裂纹、气孔等宏观缺陷,基材的性能得到较大改善。
表面液相烧结技术,是依据服役条件和使用环境的要求,依靠合金粉末成分设计,在普通中低碳钢或者低合金钢的表面通过烧结的方式,制备出一层具有高强度、高耐磨性的强化层材料,而达到强化基材目的的工艺方法。通过这种方法制备的复合材料,基材与强化层通过元素的扩散,达到良好的冶金结合,强化层组织致密无缺陷,较慢的冷却速度也能够避免了两种材料界面处应力的产生,达到理想的复合效果,通过后续的热处理工艺,复合材料的综合力学性能进一步提高。
本发明采用的技术手段如下:
一种表面液相烧结制备双金属复合材料的方法,具有如下步骤:
S1、基体原料的预处理:
选用韧性较好的普通钢材作为基体原料,采用机械加工去除基体原料表面的氧化皮,之后,加工成所需形状,并用酒精或丙酮溶液清洗以去除氧化皮的基体原料,以获得清洁表面,待用;
S2、强化层粉末的制备:
强化层粉末选择单一型强化层粉末或混合型强化层粉末;
当选择单一型强化层粉末时,将单一型强化层粉末放入80-100℃的干燥箱中4-8小时烘干;
当选择混合型强化层粉末时,根据混合型强化层粉末各组成物质的质量份进行配料,配好后放入混料机进行混粉,正反分别转动30min,之后,将混合后的粉末放入80-100℃的干燥箱中4-8小时烘干;
S3、双金属复合材料的表面液相烧结:
S31、采用氩气或氮气气氛保护电阻炉;在坩埚中放入处理好的基体原料;将强化层粉末倒在基体原料上,并夯实;将坩埚放入气氛保护电阻炉内,锁紧炉门;抽真空,然后充入保护气,反复此操作3次,以充分排出炉膛内的空气,防止氧化;
S32、以8℃/min的升温速度升温至1050~1400℃烧结,强化层粉末熔化,和基体原料之间发生元素的扩散,形成冶金结合,保温5~30min后随炉冷却至室温。
经过机械加工和清洗后的基体原料,表面的氧化皮被去除,在加热到奥氏体区后,能够与强化层发生元素的互扩散。
所述普通钢材的材质为Q235、20钢、20Cr、40钢或45钢。
所述单一型强化层粉末为高铬铸铁粉末或304不锈钢粉末。
所述高铬铸铁粉末为含碳量为2.5wt.%、颗粒度为80目的Cr16粉末或含碳量为2.75wt.%、颗粒度为80目的Cr30粉末。
所述304不锈钢粉末包括以下质量份物质:
C:≤0.08份;
Si:≤1.0;
Mn:≤2.0;
Cr:18.0~20.0份;
Ni:8.0~10.0份。
所述混合型强化层粉末包括以下质量份物质:
微碳铬铁粉:23.5~90份;
钨铁粉:0~25份;
钒铁粉:0~12份;
钼铁粉:0~10份;
铬粉:0~4.2份;
铁粉:0~2份;
石墨粉:2~47.5份;
微碳铬铁粉的合金元素含量为16%;
钨铁粉的合金元素含量为60%或76.5%;
钒铁粉的合金元素含量为50%;
钼铁粉的合金元素含量为60%;
铁粉的纯度为99.9%;
铬粉的纯度为99.9%;
微碳铬铁粉、钨铁粉、钒铁粉、钼铁粉、铬粉和铁粉的粒径均为80目;石墨粉的粒径为200目。
与现有技术相比,本发明具有如下特点:
(1)本发明的制备方法,在韧性较好的普通钢材表面通过液相烧结法制备出了造价较昂贵的强化层,强化层厚度只占总体厚度的四分之一到二分之一,降低了生产过程中的成本;
(2)本发明的制备方法制的强化层结构致密,无孔洞,没有发现夹杂物以及宏观偏析,且其均匀性良好;
(3)本发明的制备方法,操作简单,工艺条件要求宽松;
(4)本发明的制备方法,基体原料与强化层结合良好,结合面无开裂,显微镜下未观察到微观缺陷;
(5)本发明的制备方法,可以生产以韧性较好的普通钢材为基体原料、多种合金成分为强化层的耐磨复合材料,与其他生产方式相比存在较大技术优势。
基于上述理由本发明可在耐磨材料技术等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的具体实施方式中实施例1、实施例5、实施例6、实施例7、实施例8和实施例9中双金属复合材料的表面液相烧结示意图;
图2是本发明的具体实施方式中实施例2中双金属复合材料的表面液相烧结示意图;
图3是本发明的具体实施方式中实施例3中双金属复合材料的表面液相烧结示意图;
图4是本发明的具体实施方式中实施例1中双金属复合材料的结合面处的金相组织图片;
图5是本发明的具体实施方式中实施例4中双金属复合材料的结合面处的金相组织图片;
图6是本发明的具体实施方式中实施例6中双金属复合材料的结合面处的金相组织图片;
图7是本发明的具体实施方式中实施例7中双金属复合材料的结合面处的金相组织图片;
图8是本发明的具体实施方式中实施例8中双金属复合材料的结合面处的金相组织图片。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
以下实施例使用的测试仪器为:使用Leica DMR金相显微镜采集金相图片,利用HR-150A洛氏硬度计测试其洛氏硬度。
实施例1
一种表面液相烧结制备双金属复合材料的方法,具有如下步骤:
S1、基体原料的预处理:
选用普通20钢板作为基体原料,钢板厚度为6mm;采用机械加工去除基体原料表面的氧化皮,之后,加工成120mm×80mm的长方体,并用酒精或丙酮溶液清洗以去除氧化皮的基体原料,以获得清洁表面,待用;
S2、强化层粉末的制备:
强化层粉末选择单一型强化层粉末的高铬铸铁粉末;所述高铬铸铁粉末为含碳量为2.5wt.%、颗粒度为80目的Cr16粉末,将强化层粉末放入80-100℃的干燥箱中4-8小时烘干;
S3、双金属复合材料的表面液相烧结:
S31、采用氩气气氛保护电阻炉;坩埚为无盖的长方体槽,坩埚尺寸为120mm×80mm×40mm,在坩埚中放入处理好的基体原料,即将基体原料放入坩埚底部;将强化层粉末倒在基体原料上直至填满,并夯实;将坩埚放入气氛保护电阻炉内,锁紧炉门;抽真空,然后充入氩气,反复此操作3次;
S32、以8℃/min的升温速度升温至1250℃烧结,保温5~30min后随炉冷却至室温,得到双金属复合材料为Cr16高铬铸铁-20钢高硬度耐磨复合板。
本实施例制备Cr16高铬铸铁-20钢高硬度耐磨复合板的表面液相烧结示意图如图1,结合面处的金相组织图片见图4,由图可知,两种材料通过表面液相烧结结合在一起,结合面处组织致密,没有观察到孔洞、裂纹等缺陷,并且存在明显的元素扩散现象。经过热处理后,Cr16高铬铸铁强化层的硬度达到58HRC,其耐磨性相对20钢表面大幅提高。
实施例2
一种表面液相烧结制备双金属复合材料的方法,具有如下步骤:
S1、基体原料的预处理:
选用普通20钢棒作为基体原料;采用机械加工去除基体原料表面的氧化皮,之后,加工成的圆柱,并用酒精或丙酮溶液清洗以去除氧化皮的基体原料,以获得清洁表面,待用;
S2、强化层粉末的制备:
强化层粉末选择单一型强化层粉末的高铬铸铁粉末;所述高铬铸铁粉末为含碳量为2.5wt.%、颗粒度为80目的Cr16粉末,将强化层粉末放入80-100℃的干燥箱中4-8小时烘干;
S3、双金属复合材料的表面液相烧结:
S31、采用氩气气氛保护电阻炉;坩埚尺寸为在坩埚中放入处理好的基体原料,即将基体原料放入坩埚中部,使基体原料的轴线与所述坩埚的轴线重合;将强化层粉末倒在基体原料上(基体原料与坩埚的缝隙)直至填满,并夯实;将坩埚放入气氛保护电阻炉内,锁紧炉门;抽真空,然后充入氩气,反复此操作3次;
S32、以8℃/min的升温速度升温至1250℃烧结,保温5~30min后随炉冷却至室温,得到双金属复合材料为Cr16高铬铸铁-20钢高硬度耐磨复合轴。
本实施例制备Cr16高铬铸铁-20钢高硬度耐磨复合轴的表面液相烧结示意图如图2,两种材料通过表面液相烧结结合在一起,结合面处组织致密,没有观察到孔洞、裂纹等缺陷,并且存在明显的元素扩散现象。经过热处理后,Cr16高铬铸铁强化层的硬度达到58HRC,其耐磨性相对20钢表面大幅提高,耐磨性得到大幅改善。
实施例3
一种表面液相烧结制备双金属复合材料的方法,具有如下步骤:
S1、基体原料的预处理:
选用普通20钢棒作为基体原料;采用机械加工去除基体原料表面的氧化皮,之后,加工成外径为内径为长80mm的空心圆柱,用酒精或丙酮溶液清洗以去除氧化皮的基体原料,以获得清洁表面,待用;
S2、强化层粉末的制备:
强化层粉末选择单一型强化层粉末的高铬铸铁粉末;所述高铬铸铁粉末为含碳量为2.5wt.%、颗粒度为80目的Cr16粉末,将强化层粉末放入80-100℃的干燥箱中4-8小时烘干;
S3、双金属复合材料的表面液相烧结:
S31、采用氩气气氛保护电阻炉;坩埚尺寸为在坩埚中放入处理好的基体原料,即将基体原料放入坩埚中部,使基体原料的轴线与所述坩埚的轴线重合;将强化层粉末倒在基体原料上(基体原料与坩埚的缝隙)直至填满,并夯实;将坩埚放入气氛保护电阻炉内,锁紧炉门;抽真空,然后充入氩气,反复此操作3次;
S32、以8℃/min的升温速度升温至1250℃烧结,保温5~30min后随炉冷却至室温,得到双金属复合材料为Cr16高铬铸铁-20钢高硬度耐磨复合辊套。
本实施例制备Cr16高铬铸铁-20钢高硬度耐磨复合辊套的表面液相烧结示意图如图3,两种材料通过表面液相烧结结合在一起,结合面处组织致密,没有观察到孔洞、裂纹等缺陷,并且在存在明显的元素扩散现象。经过热处理后,Cr16高铬铸铁强化层的硬度达到58HRC,其耐磨性相对20钢表面大幅提高,耐磨性得到大幅改善。
实施例4
一种表面液相烧结制备双金属复合材料的方法,具有如下步骤:
S1、基体原料的预处理:
选用普通20钢板作为基体原料,钢板厚度为6mm;采用机械加工去除基体原料表面的氧化皮,之后,加工成120mm×80mm的长方体,并用酒精或丙酮溶液清洗以去除氧化皮的基体原料,以获得清洁表面,待用;
S2、强化层粉末的制备:
强化层粉末选择单一型强化层粉末的高铬铸铁粉末;所述高铬铸铁粉末为含碳量为2.75wt.%、颗粒度为80目的Cr30粉末,将强化层粉末放入80-100℃的干燥箱中4-8小时烘干;
S3、双金属复合材料的表面液相烧结:
S31、采用氩气气氛保护电阻炉;坩埚为无盖的长方体槽,坩埚尺寸为120mm×80mm×40mm,在坩埚中放入处理好的基体原料,即将基体原料放入坩埚底部;将强化层粉末倒在基体原料上直至填满,并夯实;将坩埚放入气氛保护电阻炉内,锁紧炉门;抽真空,然后充入氩气,反复此操作3次;
S32、以8℃/min的升温速度升温至1250℃烧结,保温5~30min后随炉冷却至室温,得到双金属复合材料为Cr30高铬铸铁-20钢高硬度耐磨复合板。
本实施例制备的Cr30高铬铸铁-20钢高硬度耐磨复合板的结合面处的金相组织图片见图5,由图可知,两种材料通过表面液相烧结结合在一起,结合面处组织致密,没有观察到孔洞、裂纹等缺陷,并且在界面处存在明显的元素扩散现象。经过热处理后,Cr30高铬铸铁强化层的硬度达到61HRC,其耐磨性相对20钢表面大幅提高。
实施例5
一种表面液相烧结制备双金属复合材料的方法,具有如下步骤:
S1、基体原料的预处理:
选用普通20钢板作为基体原料,钢板厚度为6mm;采用机械加工去除基体原料表面的氧化皮,之后,加工成120mm×80mm的长方体,并用酒精或丙酮溶液清洗以去除氧化皮的基体原料,以获得清洁表面,待用;
S2、强化层粉末的制备:
强化层粉末选择混合型强化层粉末;根据混合型强化层粉末各组成物质的质量份进行配料,配好后放入混料机进行混粉,正反分别转动30min,之后,将混合后的粉末放入80-100℃的干燥箱中4-8小时烘干;
所述混合型强化层粉末包括以下质量份物质:
微碳铬铁粉:23.5份;
钨铁粉:25份;
钒铁粉:2份;
钼铁粉:0份;
铬粉:0份;
铁粉:2份;
石墨粉:47.5份;
微碳铬铁粉的合金元素含量为16%;
钨铁粉的合金元素含量为60%;
钒铁粉的合金元素含量为50%;
铁粉的纯度为99.9%;
微碳铬铁粉、钨铁粉、钒铁粉和铁粉的粒径均为80目;石墨粉的粒径为200目;
S3、双金属复合材料的表面液相烧结:
S31、采用氩气气氛保护电阻炉;坩埚为无盖的长方体槽,坩埚尺寸为120mm×80mm×40mm,在坩埚中放入处理好的基体原料,即将基体原料放入坩埚底部;将强化层粉末倒在基体原料上直至填满,并夯实;将坩埚放入气氛保护电阻炉内,锁紧炉门;抽真空,然后充入氩气,反复此操作3次;
S32、以8℃/min的升温速度升温至1360℃烧结,保温5~30min后随炉冷却至室温,得到双金属复合材料为高速钢-20钢耐磨复合板。
本实施例制备高速钢-20钢耐磨复合板的表面液相烧结示意图如图1,由图可知,两种材料通过表面液相烧结结合在一起,结合强度高,组织致密,没有孔洞、裂纹等缺陷,经过热处理后,高速钢强化层的硬度达到65HRC,其耐磨性相对20钢表面大幅提高。
实施例6
一种表面液相烧结制备双金属复合材料的方法,具有如下步骤:
S1、基体原料的预处理:
选用普通20钢板作为基体原料,钢板厚度为6mm;采用机械加工去除基体原料表面的氧化皮,之后,加工成120mm×80mm的长方体,并用酒精或丙酮溶液清洗以去除氧化皮的基体原料,以获得清洁表面,待用;
S2、强化层粉末的制备:
强化层粉末选择混合型强化层粉末;根据混合型强化层粉末各组成物质的质量份进行配料,配好后放入混料机进行混粉,正反分别转动30min,之后,将混合后的粉末放入80-100℃的干燥箱中4-8小时烘干;
所述混合型强化层粉末包括以下质量份物质:
微碳铬铁粉:73.8份;
钨铁粉:0份;
钒铁粉:12份;
钼铁粉:10份;
铬粉:4.2份;
铁粉:0份;
石墨粉:2份;
微碳铬铁粉的合金元素含量为16%;
钒铁粉的合金元素含量为50%;
钼铁粉的合金元素含量为60%;
铬粉的纯度为99.9%;
微碳铬铁粉、钒铁粉、钼铁粉和铬粉的粒径均为80目;石墨粉的粒径为200目;
S3、双金属复合材料的表面液相烧结:
S31、采用氩气气氛保护电阻炉;坩埚为无盖的长方体槽,坩埚尺寸为120mm×80mm×40mm,在坩埚中放入处理好的基体原料,即将基体原料放入坩埚底部;将强化层粉末倒在基体原料上直至填满,并夯实;将坩埚放入气氛保护电阻炉内,锁紧炉门;抽真空,然后充入氩气,反复此操作3次;
S32、以8℃/min的升温速度升温至1250℃烧结,保温5~30min后随炉冷却至室温,得到双金属复合材料为高强耐磨钢-20钢高硬度耐磨复合板。
本实施例制备高强耐磨钢-20钢高硬度耐磨复合板的表面液相烧结示意图如图1,结合面处的金相组织图片见图6,由图可知,两种材料通过表面液相烧结结合在一起,结合面处组织致密,没有观察到孔洞、裂纹等缺陷,并且在界面处存在明显的元素扩散现象。经过热处理后,高强耐磨钢强化层的硬度达到65HRC,其耐磨性相对20钢表面大幅提高。
实施例7
一种表面液相烧结制备双金属复合材料的方法,具有如下步骤:
S1、基体原料的预处理:
选用普通20钢板作为基体原料,钢板厚度为6mm;采用机械加工去除基体原料表面的氧化皮,之后,加工成120mm×80mm的长方体,并用酒精或丙酮溶液清洗以去除氧化皮的基体原料,以获得清洁表面,待用;
S2、强化层粉末的制备:
强化层粉末选择混合型强化层粉末;根据混合型强化层粉末各组成物质的质量份进行配料,配好后放入混料机进行混粉,正反分别转动30min,之后,将混合后的粉末放入80-100℃的干燥箱中4-8小时烘干;
所述混合型强化层粉末包括以下质量份物质:
微碳铬铁粉:90份;
钨铁粉:6.5份;
钒铁粉:0份;
钼铁粉:0份;
铬粉:1.5份;
铁粉:0份;
石墨粉:2份;
微碳铬铁粉的合金元素含量为16%;
钨铁粉的合金元素含量为76.5%;
铬粉的纯度为99.9%;
微碳铬铁粉、钨铁粉和铬粉的粒径均为80目;石墨粉的粒径为200目;
S3、双金属复合材料的表面液相烧结:
S31、采用氩气气氛保护电阻炉;坩埚为无盖的长方体槽,坩埚尺寸为120mm×80mm×40mm,在坩埚中放入处理好的基体原料,即将基体原料放入坩埚底部;将强化层粉末倒在基体原料上直至填满,并夯实;将坩埚放入气氛保护电阻炉内,锁紧炉门;抽真空,然后充入氩气,反复此操作3次;
S32、以8℃/min的升温速度升温至1250℃烧结,保温5~30min后随炉冷却至室温,得到双金属复合材料为Cr16W5高铬铸铁-20钢高硬度耐磨复合板。
本实施例制备Cr16W5高铬铸铁-20钢高硬度耐磨复合板的表面液相烧结示意图如图1,结合面处的金相组织图片见图7,由图可知,两种材料通过表面液相烧结结合在一起,结合面处组织致密,没有观察到孔洞、裂纹等缺陷,并且在存在明显的元素扩散现象。经过热处理后,Cr16W5高铬铸铁强化层的硬度达到64HRC,其耐磨性相对20钢表面大幅提高。
实施例8
一种表面液相烧结制备双金属复合材料的方法,具有如下步骤:
S1、基体原料的预处理:
选用普通20钢板作为基体原料,钢板厚度为6mm;采用机械加工去除基体原料表面的氧化皮,之后,加工成120mm×80mm的长方体,并用酒精或丙酮溶液清洗以去除氧化皮的基体原料,以获得清洁表面,待用;
S2、强化层粉末的制备:
强化层粉末选择混合型强化层粉末;根据混合型强化层粉末各组成物质的质量份进行配料,配好后放入混料机进行混粉,正反分别转动30min,之后,将混合后的粉末放入80-100℃的干燥箱中4-8小时烘干;
所述混合型强化层粉末包括以下质量份物质:
微碳铬铁粉:82份;
钨铁粉:13份;
钒铁粉:0份;
钼铁粉:0份;
铬粉:3份;
铁粉:0份;
石墨粉:2份;
微碳铬铁粉的合金元素含量为16%;
钨铁粉的合金元素含量为76.5%;
铬粉的纯度为99.9%;
微碳铬铁粉、钨铁粉和铬粉的粒径均为80目;石墨粉的粒径为200目;
S3、双金属复合材料的表面液相烧结:
S31、采用氩气气氛保护电阻炉;坩埚为无盖的长方体槽,坩埚尺寸为120mm×80mm×40mm,在坩埚中放入处理好的基体原料,即将基体原料放入坩埚底部;将强化层粉末倒在基体原料上直至填满,并夯实;将坩埚放入气氛保护电阻炉内,锁紧炉门;抽真空,然后充入氩气,反复此操作3次;
S32、以8℃/min的升温速度升温至1250℃烧结,保温5~30min后随炉冷却至室温,得到双金属复合材料为Cr16W10高铬铸铁-20钢高硬度耐磨复合板。
本实施例制备Cr16W10高铬铸铁-20钢高硬度耐磨复合板的表面液相烧结示意图如图1,结合面处的金相组织图片见图8,由图可知,两种材料通过表面液相烧结结合在一起,结合面处组织致密,没有观察到孔洞、裂纹等缺陷,并且在界面处存在明显的元素扩散现象。经过热处理后,Cr16W10高铬铸铁强化层的硬度达到67HRC,其耐磨性相对20钢表面大幅提高。
实施例9
一种表面液相烧结制备双金属复合材料的方法,具有如下步骤:
S1、基体原料的预处理:
选用普通20钢板作为基体原料,钢板厚度为6mm;采用机械加工去除基体原料表面的氧化皮,之后,加工成120mm×80mm的长方体,并用酒精或丙酮溶液清洗以去除氧化皮的基体原料,以获得清洁表面,待用;
S2、强化层粉末的制备:
强化层粉末选择单一型强化层粉末;所述单一型强化层粉末为高铬铸铁粉末或304不锈钢粉末;将单一型强化层粉末放入80-100℃的干燥箱中4-8小时烘干;
所述304不锈钢粉末包括以下质量份物质:
C:≤0.08份;
Si:≤1.0;
Mn:≤2.0;
Cr:18.0~20.0份;
Ni:8.0~10.0份;
颗粒度均为200目;
S3、双金属复合材料的表面液相烧结:
S31、采用氩气气氛保护电阻炉;坩埚为无盖的长方体槽,坩埚尺寸为120mm×80mm×40mm,在坩埚中放入处理好的基体原料,即将基体原料放入坩埚底部;将强化层粉末倒在基体原料上直至填满,并夯实;将坩埚放入气氛保护电阻炉内,锁紧炉门;抽真空,然后充入氩气,反复此操作3次;
S32、以8℃/min的升温速度升温至1400℃烧结,保温5~30min后随炉冷却至室温,得到双金属复合材料为304不锈钢-20钢耐腐蚀复合板。
本实施例制备304不锈钢-20钢耐腐蚀复合板的表面液相烧结示意图如图1,由图可知,两种材料结合良好,使20钢板具备了304不锈钢的耐腐蚀性。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种表面液相烧结制备双金属复合材料的方法,其特征在于具有如下步骤:
S1、基体原料的预处理:
选用韧性较好的普通钢材作为基体原料,采用机械加工去除基体原料表面的氧化皮,之后,加工成所需形状,并用酒精或丙酮溶液清洗以去除氧化皮的基体原料,以获得清洁表面,待用;
S2、强化层粉末的制备:
强化层粉末选择单一型强化层粉末或混合型强化层粉末;
当选择单一型强化层粉末时,将单一型强化层粉末放入80-100℃的干燥箱中4-8小时烘干;
当选择混合型强化层粉末时,根据混合型强化层粉末各组成物质的质量份进行配料,配好后放入混料机进行混粉,正反分别转动30min,之后,将混合后的粉末放入80-100℃的干燥箱中4-8小时烘干;
S3、双金属复合材料的表面液相烧结:
S31、采用氩气或氮气气氛保护电阻炉;在坩埚中放入处理好的基体原料;将强化层粉末倒在基体原料上,并夯实;将坩埚放入气氛保护电阻炉内,锁紧炉门;抽真空,然后充入保护气,反复此操作3次;
S32、以8℃/min的升温速度升温至1050~1400℃烧结,保温5~30min后随炉冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述普通钢材的材质为Q235、20钢、20Cr、40钢或45钢。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述单一型强化层粉末为高铬铸铁粉末或304不锈钢粉末。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述高铬铸铁粉末为含碳量为2.5wt.%、颗粒度为80目的Cr16粉末或含碳量为2.75wt.%、颗粒度为80目的Cr30粉末。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述304不锈钢粉末包括以下质量份物质:
C:≤0.08份;
Si:≤1.0;
Mn:≤2.0;
Cr:18.0~20.0份;
Ni:8.0~10.0份。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述混合型强化层粉末包括以下质量份物质:
微碳铬铁粉:23.5~90份;
钨铁粉:0~25份;
钒铁粉:0~12份;
钼铁粉:0~10份;
铬粉:0~4.2份;
铁粉:0~2份;
石墨粉:2~47.5份;
微碳铬铁粉的合金元素含量为16%;
钨铁粉的合金元素含量为60%或76.5%;
钒铁粉的合金元素含量为50%;
钼铁粉的合金元素含量为60%;
铁粉的纯度为99.9%;
铬粉的纯度为99.9%;
微碳铬铁粉、钨铁粉、钒铁粉、钼铁粉、铬粉和铁粉的粒径均为80目;石墨粉的粒径为200目。
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