CN114411142A - 一种耐磨非晶合金基金刚石复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及非晶合金基复合材料制备技术领域，公开了一种耐磨非晶合金基金刚石复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1、对非晶合金材料的连接界面进行表面处理；S2、对工作台承接面或非合金材料的连接界面进行温控，在工作台承接面或非合金材料的连接界面均匀分散金刚石颗粒；S3、在气氛的环境下，对非晶合金材料的连接界面施加压力，使其与金刚石颗粒进一步接触；S4、在温度作用下，非晶合金表面发生塑性流动，金刚石颗粒被压入非晶合金的连接表面，得到表面附有金刚石的非晶合金材料。其有益效果在于：金刚石颗粒与非晶合金材料有效结合，实现耐磨非晶合金基复合材料的快速可控制造，操作方便简单。
Description
技术领域
本发明涉及非晶合金基复合材料制备技术领域，具体涉及一种耐磨非晶合金基金刚石复合材料的制备方法。
背景技术
非晶态合金，相对于传统的晶体材料，其特点是原子排列混乱无序，没有位错、晶界、层错，结构上与熔融金属相似，化学成分均匀，具有高强度、高硬度等特性，在耐磨材料领域表现出良好的应用前景，例如空间器件的传动齿轮、轴承表面涂层，以及微机电系统的复杂精密微齿轮等领域。机器运转时，大量机械能的消耗都源于摩擦，同时各类零件失效也大多由摩损造成。每年世界上各个工业国家许多十分惊人的损失都是由于摩擦磨损导致。而磨损主要起源于表面，因此通过调控耐磨材料成分以及表面结构，改善表面耐磨性，延长零部件的使用寿命，具有重要的现实意义。
目前就如何提高非晶合金的耐磨性问题，常常通过非晶合金晶化获得纳米晶析出相，制备出纳米晶/非晶复合耐磨材料，其制备工艺有粉末冶金、热喷涂、激光表面改性等工艺，但是这些制造工艺无法避免的是需高温处理、设备复杂以及价格昂贵等问题。而金刚石是目前工业化生产的最硬材料，通常利用其硬度特性广泛地作为加工、研磨材料。在机械加工、微电子器件、光学窗口及表面涂层等许多领域有着广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种容易操作的耐磨非晶合金基金刚石复合材料的制备方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种耐磨非晶合金基金刚石复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、对非晶合金材料的连接界面进行表面处理；
S2、对工作台承接面或非合金材料的连接界面进行温控，在工作台承接面或非合金材料的连接界面均匀分散金刚石颗粒；
S3、在气氛的环境下，对非晶合金材料的连接界面施加压力，使其与金刚石颗粒进一步接触；
S4、在温度作用下，非晶合金表面发生塑性流动，金刚石颗粒被压入非晶合金的连接表面，得到表面附有金刚石的非晶合金材料。
进一步地，当非晶合金材料为非晶合金棒时，将工作台承接面均匀分散金刚石颗粒，非晶合金棒施加压力，并使其在工作台承接面上滚动，以将金刚石颗粒压入非晶合金棒的连接界面。
进一步地，当非晶合金材料为非晶合金块时，将非晶合金材料的连接界面均匀分散金刚石颗粒，利用压棒或压块向非晶合金材料的连接界面施加压力，以将金刚石颗粒压入非晶合金块的连接界面。
进一步地，S1中的表面处理包括抛光和/或超声清洗。
进一步地，S2中对工作台承接面或非合金材料的连接界面进行控温采用电磁加热、放电等离子体加热或气氛加热中的一种。
进一步地，S2中，所述金刚石颗粒的粒径范围是10～200μm，含量为5～50vol％，分散方式是超声分散。
进一步地，S3中，所述气氛为真空、惰性气氛、空气气氛或纯氧气氛中的一种。
进一步地，对非晶合金棒施加的压力大小为50～200MPa。
进一步地，非晶合金棒转速是1～10r/min。
本发明相对于现有技术具有如下优点：
1、本发明利用当温度升至非晶合金的交叉过冷液相区时，非晶合金会发生塑性流动，在压力作用下金刚石颗粒可以被压入非晶合金表面的这一特点，将金刚石颗粒与非晶合金材料有效结合，实现耐磨非晶合金基复合材料的快速可控制造，操作方便简单。
2、本发明中利用了金刚石的高机械强度、高硬度及高耐磨性，应用到非晶合金材料中，较大提高了非晶合金的耐磨性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明实施例1中的金刚石颗粒分散于工作台承接面的示意图；
图2示出了本发明实施例1中的非晶合金棒在工作台承接面滚动的结构示意；
图3示出了本发明实施例2中陶瓷压块压在分散有金刚石颗粒的非晶合金块的结构示意图；
图4示出了本发明实施例2中制成的表面附有金刚石颗粒的非晶合金块的结构示意图；
图5示出了本发明实施例3中金刚石颗粒分散于非晶合金表面的结构示意图；
图6示出了本发明实施例3中陶瓷压棒在分散有金刚石颗粒的非晶合金表面滚动的结构示意图。
图中，1、工作台；2、非晶合金棒；3、金刚石颗粒；4、工作腔；5、非晶合金块；6、压块；7、压棒。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1-图2所示的耐磨非晶合金基金刚石复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、对非晶合金棒的连接界面进行表面处理；
S2、对工作台的承接面进行温控，在工作台承接面均匀分散金刚石颗粒；
S3、在气氛的环境下，对非晶合金棒施加压力，并使其沿工作台承接面滚动，以使其与金刚石颗粒进一步接触；
S4、在温度作用下，非晶合金棒的表面发生塑性流动，金刚石颗粒被压入非晶合金棒的表面，得到表面附有金刚石的非晶合金材料。
S1中的表面处理包括抛光和/或超声清洗。
S2中对工作台的承接面或非晶合金连接界面进行控温采用电磁加热、放电等离子体加热或气氛加热中的一种。
S2中，所述金刚石颗粒的粒径范围是10～200μm，含量为5～50vol％，分散方式是超声分散。
S3中，所述气氛为真空、惰性气氛、空气气氛或纯氧气氛中的一种。
对非晶合金棒施加的压力大小为50～200MPa。非晶合金棒转速是1～10r/min。
具体实施时：非晶合金棒2为Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5，Tg为639K，Tx为693K，以50μm金刚石颗粒3为增强相，体积分数为45vol％。首先将金刚石颗粒3分散于陶瓷制成的工作台1上，调节工作台1温度至800K，如图1所示，接着将非晶合金棒2压在分散有金刚石颗粒的工作台1上，对非晶合金棒2施加70MPa的压力，在温度作用下，非晶合金棒2表面将会发生塑性流动，随着5r/min滚动的进行，金刚石颗粒被压入非晶合金表面，如图2所示，当非晶合金棒2完成滚动时，即得到了表面附有金刚石颗粒的耐磨非晶合金基复合材料，测得其磨损率为1.4×10-6mm3/N·m。
实施例2：
本实施例除以下技术特征外同实施例1：
如图3-图4所示的耐磨非晶合金基金刚石复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、对非晶合金块的连接界面进行表面处理；
S2、对非晶合金块的连接界面进行温控，在非晶合金块的连接界面均匀分散金刚石颗粒；
S3、在气氛的环境下，通过陶瓷材料制成的压块向非晶合金块的连接界面施加压力，以将金刚石颗粒压入非晶合金块内；
S4、在温度作用下，非晶合金块的连接界面发生塑性流动，金刚石颗粒被压入非晶合金块的连接界面，得到表面附有金刚石的非晶合金材料。
具体实施时：
非晶合金块5为Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5，Tg为639K，Tx为693K，以50μm金刚石颗粒3为增强相，体积分数为50vol％。首先将金刚石颗粒3分散于非晶合金块5上，调节非晶合金块的连接界面温度至800K，如图3所示，接着将陶瓷压块6压在分散有金刚石颗粒的非晶合金块5上，对陶瓷压块6施加85MPa的压力，在温度作用下，非晶合金块5的连接界面将会发生塑性流动，随着陶瓷压块6向下压，金刚石颗粒2被压入非晶合金块5表面，如图4所示，得到了表面附有金刚石颗粒的耐磨非晶合金基复合材料，测得其磨损率为1.5×10-6mm3/N·m。
实施例3：
本实施例除以下技术特征外同实施例1：
如图5-图6所示的耐磨非晶合金基金刚石复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、对非晶合金块的连接界面进行表面处理；
S2、对非晶合金块的连接界面进行温控，在非晶合金块的连接界面均匀分散金刚石颗粒；
S3、在气氛的环境下，利用陶瓷制成的压棒向非晶合金块的连接界面施加压力，并使陶瓷压棒沿非晶合金块的连接界面滚动，以将金刚石颗粒压入非晶合金块的连接界面；
S4、在温度作用下，非晶合金块的连接界面发生塑性流动，金刚石颗粒被压入非晶合金块的连接界面，得到表面附有金刚石的非晶合金材料。
具体实施时：非晶合金块5为Zr44Ti11Cu10Ni10Be25，Tg为624K，Tx为745K，以50μm金刚石颗粒3为增强相，体积分数为40vol％。首先将金刚石颗粒3分散于非晶合金块5上，调节连接界面温度至700K，如图5所示，接着将陶瓷压棒7压在分散有金刚石颗粒的非晶合金块5上，沿着非晶合金块5水平方向进行滚动，同时对陶瓷压棒7施加80MPa的压力，在温度作用下，非晶合金块5表面将会发生塑性流动，随着滚动的进行，金刚石颗粒被压入非晶合金表面，如图6所示，当陶瓷压棒7完成滚动时，即得到了表面附有金刚石颗粒的耐磨非晶合金基复合材料，测得其磨损率为1.1×10-6mm3/N·m。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种耐磨非晶合金基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对非晶合金材料的连接界面进行表面处理；
S2、对工作台承接面或非合金材料的连接界面进行温控，在工作台承接面或非合金材料的连接界面均匀分散金刚石颗粒；
S3、在气氛的环境下，对非晶合金材料的连接界面施加压力，使其与金刚石颗粒进一步接触；
S4、在温度作用下，非晶合金表面发生塑性流动，金刚石颗粒被压入非晶合金的连接表面，得到表面附有金刚石的非晶合金材料。
2.根据权利要求1所述的耐磨非晶合金基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：当非晶合金材料为非晶合金棒时，将工作台承接面均匀分散金刚石颗粒，非晶合金棒施加压力，并使其在工作台承接面上滚动，以将金刚石颗粒压入非晶合金棒的连接界面。
3.根据权利要求1所述的耐磨非晶合金基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：当非晶合金材料为非晶合金块时，将非晶合金材料的连接界面均匀分散金刚石颗粒，利用压棒或压块向非晶合金材料的连接界面施加压力，以将金刚石颗粒压入非晶合金块的连接界面。
4.根据权利要求1所述的耐磨非晶合金基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：S1中的表面处理包括抛光和/或超声清洗。
5.根据权利要求1所述的耐磨非晶合金基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：S2中对工作台承接面或非合金材料的连接界面进行控温采用电磁加热、放电等离子体加热或气氛加热中的一种。
6.根据权利要求1所述的耐磨非晶合金基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：S2中，所述金刚石颗粒的粒径范围是10～200μm，含量为5～50vol％，分散方式是超声分散。
7.根据权利要求1所述的耐磨非晶合金基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：S3中，所述气氛为真空、惰性气氛、空气气氛或纯氧气氛中的一种。
8.根据权利要求2所述的耐磨非晶合金基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：对非晶合金棒施加的压力大小为50～200MPa。
9.根据权利要求2所述的耐磨非晶合金基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：非晶合金棒转速是1～10r/min。
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