CN115556436B - 一种多层合金耐磨复合材料的制备方法 - Google Patents

一种多层合金耐磨复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种多层合金耐磨复合材料的制备方法，其从上至下依次包括有：碳钢层、高铬铸铁中间层和硬质合金层；其中高铬铸铁的组分按照质量百分比由以下组分组成：Cr 14.0~25.0％，C 2.8~5.0％，V 0.5~4.5％，Mn 0.5~0.7％，Si 0.7~1.0％，Mo 0.05~0.1％，Ti 0.4~2.0％，Ni 0.8~1.5%，余量为Fe。本申请中采用了在碳钢的基础上增加了耐磨性好的高铬铸铁层和硬质合金层，可以在很大程度上提高复合材料的耐磨性；而且本申请中采用高铬铸铁作为中间层，其与硬质合金和碳钢都有很好的结合效果，可以保证结合界面的强度，从而提升复合材料的整体性能。

Description

一种多层合金耐磨复合材料的制备方法
技术领域
本申请涉及合金复合材料技术领域，尤其是涉及一种多层合金耐磨复合材料的制备方法。
背景技术
如今，耐磨材料已经被防范应用于工业生产的各个领域，而随着科学技术和现在工业的高速发展，由于金属磨损所引起的能源和金属材料的消耗量大量增加，所造成的经济损失是相当惊人的，因而，研究、发展耐磨材料，以减少金属磨损，对国民经济的发展有着重要的意义。
硬质合金由于具有高硬度、耐磨、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，广泛应用于金属加工、矿山开采等领域，但硬质合金的脆性较大，不宜用于受冲击力较大的易磨损件。碳钢具有塑性好、强度高、抗冲击性强的优势，但是其耐磨性较差。为了提高碳钢的耐磨性，经常会与硬质合金进行复合，复合的方法主要是焊接。因而碳钢中主要组分是铁，其他组分元素较少，焊接过程中，主要是碳钢中的Fe元素扩散与硬质合金中的粘结相中Co或Ni发生固溶，生成固溶相，但是这样的结合，结合力度不是很强，加之在焊接过程中还容易生成大块状脆性η相（（Fe3W3C，Co3W3C，或 (Fe，Co)3W3C等））区域，会进一步降低两者结合的强度。更进一步而言，碳钢和硬质合金的物理性能相差较大，硬质合金的热膨胀系数只有碳钢热膨胀系数的一半，焊接结束后的冷却过程中硬质合金和碳钢的收缩率程度不一致，因而会有大量热残余应力聚集在接头处，连接构件在使用过程中时容易开裂和脱焊的。由于以上原因，硬质合金与碳钢的焊接强度不够，限制了的复合材料的使用。采用浇铸的方式可以降低，硬质合金和高铬铸铁虽然韧性差，但是其也具有较高的耐磨性能，其与碳钢之间物化性能相对较小，因而其可焊接性相对较好，但是两者的复合材料其耐磨性在某些领域还是不够。
针对现有技术的缺陷，申请人认为有必要研发一种焊接强度好且高耐磨性的复合材料。
发明内容
为了提高合金复合材料焊接强度以及耐磨性，本申请提供一种多层合金耐磨复合材料的制备方法。
本申请提供的一种多层合金耐磨复合材料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种多层合金耐磨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1:将高铬铸铁按照合金组成进行配料后进行熔炼，得到熔炼液；其中：高铬铸铁的组分按照质量百分比由以下组分组成：Cr 14.0~25.0％，C 2.8~5.0％，V 0.5~4.5％，Mn0.5~0.7％，Si 0.7~1.0％，Mo 0.05~0.1％，Ti 0.4~2.0％，Ni 0.8~1.5%，余量为Fe和不可避免的杂质，各组分之和为100%；
S2:将硬质合金的表面进行预处理，然后置于模具的底部，待熔炼液冷却至1100~1200℃时，向模具中浇铸熔炼液，得到高铬铸铁-硬质合金复合铸件；
S3：按照CuMn箔状钎料、碳膜和CuAg箔状钎料进行叠合，得到焊接中间层；将高铬铸铁-硬质合金复合铸件的高铬铸铁待焊接面进行预处理；对碳钢的待焊接面进行预处理；然后按照高铬铸铁待焊接面与焊接中间层的CuMn箔状钎料接触，碳钢的待焊接面与焊接中间层的CuAg箔状钎料接触，进行组装，得到组装工件；
S4：将组装工件置于真空钎焊炉，进行真空扩散焊接，焊接完毕后，得到多层合金耐磨复合材料；
获得的多层合金耐磨复合材料，其从上至下依次包括有：碳钢层、高铬铸铁中间层和硬质合金层。
通过采用上述技术方案，本申请中采用了高铬铸铁作为了中间层，高铬合金中包含有Cr、Ti、C、V等多种元素，在熔炼过程中会生成在与硬质合金复合时，这些元素也会发生扩散过程；因而在硬质合金和高铬铸铁结合的界面处会生成SiC、VC、TiC和多种铬碳化合物等的扩散，这些碳化物中的SiC、VC、TiC是面心点阵结构，非金属元素的原子之间常会形成空位，金属元素（Fe、Co、Mn和Ni）常常可以在空位位置形成连续的固溶相；生成Cr3C2可以抑制硬质合金相中WC的溶出，从而避免在大块状的η相的形成，而且其可以抑制结合界面处晶粒的长大；生成的TiC可以渗入到硬质合金内部，形成（Ti,W）C的硬质相，不仅可以抑制WC的溶出，也可以增强结合部位的硬度；由以上可以，采用上述的高铬铸铁作为中间层，其可以与硬质合金形成较强结合界面，从而保证复合材料的结合强度。高铬铸铁作为了中间层其与碳钢之间的物化性质相对而言较小，两者在结合时因而在焊接的过程中采用合适的焊料即可获得较好的结合强度。
本申请中高铬铸铁的组成也考虑了自身的综合性能，其中的Mo和Mn元素的添加可以稳定和细化奥氏体，提高高铬铸铁的淬透性；Ti的添加可以提高高铬铸铁的耐磨性和冲剂韧性；V可以与C形成高硬度的碳化物，提升高铬铸铁的耐磨性和硬度；Ni和Mo的复合，可以一直珠光体的形成；Si元素的存在首先可以形成SiC提高铸铁的耐磨性能，而且可以脱氧的作用。
在本申请中采用了碳钢、高铬铸铁和硬质合金作为三层复合材料，高铬铸铁作为中间层可以很好的与硬质合金和碳钢进行结合，结合部位均具有较高的强度，而且高铬铸铁和硬质合金均具有较高的耐磨性，可以大幅度提升复合材料的耐磨性能。
本申请中方法中硬质合金与高铬铸铁的是采用铸造复合法，浇铸熔炼液时，硬质合金的表层会发生熔化，因而与高铬铸铁的组分发生相互熔渗，在结合部分会包含有多种碳化物、合金的固溶相以及生成新的硬质合金的硬质相以及新铁相等，这些物质的存在可以保证结合部位的强度。硬质合金和高铬铸铁的互相熔渗的方式会使得高铬铸铁和硬质合金之间存在较厚的结界界面，也有助于提高两者的结合强度。浇铸结合的方式，也可以降低硬质合金和高铬铸铁因碰撞系数的差异引起的开裂问题。
本申请中的方法中高铬铸铁与碳钢的结合方式采用的真空钎焊的方式，钎料采用了三层复合的钎料，首先CuMn箔状钎料在高铬铸铁表面铺展性较好，CuAg箔状钎料在碳钢的表面的铺展性比较好，中间采用碳膜，在钎焊过程中会产生碳势，加速碳钢与高铬碳钢之间的相互扩散渗透，碳膜的会增加焊接部位的碳含量，增焊接部位的热传导，降低冷却时，膨胀系数的差异引起的开裂情况。
作为优选，所述的硬质合金为钨钴类材料硬质合金，进一步优选为YG类硬质合金
通过采用上述技术方案，通过控制硬质合金的种类，可以更好的其与高铬铸铁中间层进行结合，从而保证结合面的强度。
作为优选，所述步骤S1中，熔炼温度为1350~1450℃。
作为优选，所述步骤S2中，预处理包括硬质合金的待焊接面进行砂纸和金刚石进行逐级打磨，接着用水清洗，然后用丙酮清洗，最后用无水乙醇清洗，得到预处理后的硬质合金。
通过采用以上技术方案，硬质合金的预处理主要有两个目的，第一点是去除表面的杂质和不平整的地方，第二点去除杂质并清洗后，可以起到活化表面的作用，预处理后可以使得其与高铬铸铁的结合面更牢固。
作为优选，所述步骤S3中，碳钢待焊接表面和高铸铁的待焊接表面的预处理包括以下步骤：将待焊接表面进行酸洗，去除表面的氧化层，接着进行打磨，去除表面的杂质并使得表面平整，清洗干燥后，得到预处理的待焊接表面。
通过采用以上技术方案，高铬铸铁和碳钢的表面容易被氧化，因而采用酸洗可以很好的去除氧化表面层，并采用打磨使表面保持平整，可以更好的实现两者的焊接。
作为优选，所述的步骤S3中，CuMn箔状钎料的厚度为40~80um、碳膜的厚度为100~150um，CuAg箔状钎料的厚度为60~100um；其中碳膜是50~70%碳粉与30~50%的聚乙二醇粉末模压成薄片。
通过采用以上技术方案，控制箔状钎料和碳膜的厚度不易过厚，也不能太薄，太厚扩散速度较慢，焊接界面容易不均匀；太薄元素含量过少，不易形成稳定的焊接界面。
作为优选，所述步骤S3中，真空焊接具体包括以下步骤：将组装后的工件，以设定的升温速度升温至预处理温度，进行预热处理，预热处理后，继续升温至焊接温度，对工件施加载荷，进行焊接；随后随炉冷却至第三段温度，保温，并在保温过程中逐步卸压，直至荷载为0，最后随炉冷却至室温。
作为优选，所述的设定升温速率为8~12℃/min，预热温度为250~350℃，预热时间为1.5~2.5h；继续升温速率为14~20℃/min，焊接温度为850~950℃，保温时间为5~10min，荷载压力为18~25 MPa；第三段温度为250~350℃，卸压速率为0.05~0.15MPa/min。
通过采用以上技术方案，焊接中夹层中包含有碳膜，预处理时，碳膜中的胶质会发生分解，并且待焊接界面也会开始活化。升温至焊接温度时钎料开始固溶，石墨会被包埋在固溶体中，固溶体中碳含量较高，因而与高铬铸铁和碳钢中会形成碳势，使得高铬铸铁中的组分和碳钢中的组分向中间层扩散，中间的固溶体因为碳势会向两端扩散，从而加速扩散焊接速度，因而其所需的扩散焊接时间降低，同时又形成稳定的焊接层。降低钎焊焊接时间可以最大程度降低钎焊过程对硬质合金性能的影响。
本申请中荷载的压力主要是为了焊接界面处部分产生塑性变形和激活界面区原子、消除界面孔洞，但是荷载压力需要适宜，荷载压力过大，会使焊接部位产生较大的焊接残余应力，荷载压力过小，界面接触不紧密。扩散焊接后，降温至较低温度后，在保温过程中，在进行逐步缓慢卸压，这种卸压方式可以避免高温下快速卸压引起的焊接界面晶粒的异常长大，也可以避免快速卸压引起的界面残余应力增加。
作为优选，所述的多层合金复合材料还包括有后处理过程，后处理过程主要为淬火+回火处理；
作为优选，淬火+回火处理的具体步骤为：将多层合金复合材料加热至淬火温度，进行淬火冷却，然后加入至回火温度，进行回火处理；其中淬火温度为800~900℃，淬火冷却采用高分子水溶液淬火剂；回火温度为350~450℃。
通过采用以上技术方案，本申请中采用淬火+回火的后处理方式，第一点是可以提高高铬铸铁的韧性和硬度从而提升其耐磨性能；而且淬火+回火处理也有助于提高结合界面的强度。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请中采用了在碳钢的基础上增加了耐磨性好的高铬铸铁层和硬质合金层，可以在很大程度上提高复合材料的耐磨性；而且本申请中采用高铬铸铁作为中间层，其与硬质合金和碳钢都有很好的结合效果，可以保证结合界面的强度，从而提升复合材料的整体性能。
2.本申请中高铬铸铁与硬质合金的结合采用铸造复合法，高铬铸铁与碳钢的结合方式采用钎焊。采用铸造结合法，主要是根据高铬铸铁和硬质合金的组成而设计的，高铬铸铁中含有大量的碳化物，其可以与硬质合金发生更好的融合，因而在界面处会成型稳定的界面，从而有助于提高结合界面的强度。高铬铸铁和碳钢的结合中，采用了碳膜，利用碳势，加快了焊接的速度，从而在保证焊接强度的同时，减少了高温对基体材料的影响。
本申请中三层合金复合材料还进行了后处理，后处理主要是为了保证材料之间结合处的强度以及提升高铬铸铁的耐磨性。
附图说明
图1 本申请中多层合金耐磨复合材料。
具体实施方式
本申请中多层合金耐磨复合材料的结构如图1所示，依次包括有碳钢层、高铬铸铁中间层和硬质合金层，其具体的制备方法，可见实施例。
实施例中的碳膜是采用60%碳粉和40%的聚乙二醇粉末混合均匀后，模压成月100um后的薄膜。
硬质合金为YG20，碳钢为低碳钢牌号为Q215.
实施例1
本实施例中高铬铸铁的组成为：Cr 18％，C 3.6％，V 2.7％，Mn 0.6％，Si 0.9％，Mo 0.05％，Ti 1.4％，Ni 1.2%，余量为铁。
将硬质合金的待结合接面进行砂纸和金刚石进行逐级打磨，接着用水清洗，然后用丙酮清洗，最后用无水乙醇清洗，得到预处理后的硬质合金；将预处理后的合金面朝上，置于模具的底层。
将高铬铸铁按照比例进行配料后，加热至1400℃下进行熔炼（熔炼过程中需要注意脱氧和扒渣），得到熔炼液。让熔炼液稍冷至1150℃进行浇铸至含有硬质合金的模具中，冷却后，得到高铬铸铁-硬质合金复合铸件。
将高铬铸铁-硬质合金复合铸件的高铬铸铁待焊接表面和碳钢的待焊接表面进行酸洗，去除表面的氧化层，接着进行打磨，去除表面的杂质并使得表面平整，然后清洗干燥后，得到预处理的待焊接表面。
将CuMn箔状钎料（60um）、碳膜(100um)和CuAg箔状钎料(60um)进行叠合，得到焊接中间层。将高铬铸铁-硬质合金复合铸件的高铬铸铁待焊接面进行预处理；对碳钢的待焊接面进行预处理；然后按照高铬铸铁待焊接面与焊接中间层的CuMn箔状钎料接触，碳钢的待焊接面与焊接中间层的CuAg箔状钎料接触，进行组装，得到组装工件。
将组装后的工件，以10℃/min升温速度升温至300℃，进行预热处理2h，预热处理后，继续升温至900℃，对工件施加20MPa的荷载压力，进行焊接8min；随后随炉冷却至第三段温度300℃，保温，并在保温过程中以0.1MPa/min速率进行卸压，直至荷载为0，最后随炉冷却至室温。
对比例1
将碳钢与硬质合金表面处理后，采用CuMn箔状钎料(60um)和CuAg箔状钎料(60um)作为焊接中间层，进行焊接，CuAg箔状钎与碳钢接触，CuMn箔状钎料与硬质合金接触，按照钎焊工艺为：将组装后的工件，以10℃/min升温速度升温至300℃，进行预热处理2h，预热处理后，继续升温至900℃，对工件施加20MPa的荷载压力，进行焊接25min；随后随炉冷却至第三段温度300℃，保温，并在保温过程中以0.1MPa/min速率进行卸压，直至荷载为0，最后随炉冷却至室温；得到硬质合金-碳钢复合材料。
实施例2
与实施例1基本相同，区别点在于，高铬碳钢与硬质合金不采用浇铸复合的方法，采用CuMn箔状钎料进行焊接，具体步骤为：
将硬质合金的待焊接表面与高铬铸铁的待焊接表面分别进行预处理，然后与钎料组装成工件，进行真空钎焊，焊接工艺为：将组装后的工件，以10℃/min升温速度升温至300℃，进行预热处理2h，预热处理后，继续升温至900℃，对工件施加20MPa的荷载压力，进行焊接20min；随后随炉冷却至第三段温度300℃，保温，并在保温过程中以0.1MPa/min速率进行卸压，直至荷载为0，最后随炉冷却至室温。
实施例3
与实施例1基本一致，区别点在于，本实施例中高铬铸铁与碳钢在钎焊时，不加碳膜。
实施例4
与实施例1基本一致，区别点在于，区别点在于，焊接工艺不同，具体为：焊接工艺为：将组装后的工件，以10℃/min升温速度升温至300℃，进行预热处理2h，预热处理后，继续升温至900℃，对工件施加20MPa的荷载压力，进行焊接20min；随后随炉冷却至第三段温度300℃，直接进行卸压，直至荷载为0，最后随炉冷却至室温。
对实施例1~4以及对比例1复合界面处的剪切强度和维氏硬度进行测试，并对复合见面采用进行激光探伤，测试其复合界面的基本情况。具体数据可见表1。
Figure 949683DEST_PATH_IMAGE001
从表1中的数据可以看出，实施例1中硬质合金与高铬碳钢的结合界面具有较强的结合性，其抗剪切强度较高，硬度也较好；铬碳钢与碳钢也具有很好的界面结合强度；总体而言，三者结合比较牢固。
对比例1是直接采用碳钢与硬质合金进行真空钎焊，从表1中的数据来看，虽然结合界面没有缺陷，但是其抗剪切强度和硬度均比较差，说明界面焊接强度不高，实际应用中焊接处可能会出现开裂情况
实施例2中高铬碳钢与硬质合金是采用钎焊进行焊接，虽然其界面结合强度高于碳钢和硬质合金，但是其相对实施例1中而言，其结合强度会比较低，这可能是因为浇铸的形式会增大界面的扩散深度，也会使其界面结合更均匀平整，因而其结合强度得到提升。
实施例3中高铬碳钢与碳钢复合界面出现了未焊透的情况，可能是因为钎焊时间过短；实施例3中没有加入碳膜，没有形成碳势，因而在钎焊过程中扩散速度较慢，因而出现没有焊头的情况。
实施例4中高铬碳钢与碳钢复合界面的界面结合强度出现一定幅度的降低，可能是因为瞬间卸压，使得界面结合处的残余应力较高，因而结合强度有一定幅度的降低。
实施例5
与实施例1基本一致，区别点在于，高铬碳钢的组成不同，具体如下：
Cr 14％，C 5.0％，V 0.5％，Mn 0.7％，Si 1.0％，Mo 0.1％，Ti 2.0％，Ni 1.5%，余量为铁。
实施例6
与实施例1基本一致，区别点在于，高铬碳钢的组成不同，具体如下：
Cr 25％，C 2.8%，V 4.5％，Mn 0.5％，Si 0.7％，Mo 0.05％，Ti 0.6％，Ni 0.8%，余量为铁。
实施例7
与实施例1基本一致，区别点在于，高铬碳钢的组成不同，具体如下：
Cr 20％，C 4.0%，V 3.1％，Mn 0.5％，Si 0.7％，Mo 0.05％，Ti 1.2％，Ni 1.0%，余量为铁。
实施例8
与实施例1基本一致，区别点在于，高铬碳钢的组成不同，具体如下：
Cr 22％，C 3.5%，V 3.3％，Mn 0.7％，Si 0.8％，Mo 0.1％，Ti 1.0％，Ni 1.2%，余量为铁。
对实施例5~8中的结合界面进行性能测试，其结果如表2所示
Figure 35057DEST_PATH_IMAGE002
从表2中的数据可以看出，高铬碳钢的组成对界面结合强度的是有一定的影响，主要是因为组成不同，在界面扩散形成的复合物不同，因而强度会存在一定的差异，但是从整体情况而言，其均维持在较高的结合强度。
实施例9
本实施例中高铬铸铁的组成为：Cr 22％，C 3.5%，V 3.3％，Mn 0.7％，Si 0.8％，Mo 0.1％，Ti 1.0％，Ni 1.2%，余量为铁。
将硬质合金的待结合接面进行砂纸和金刚石进行逐级打磨，接着用水清洗，然后用丙酮清洗，最后用无水乙醇清洗，得到预处理后的硬质合金；将预处理后的合金面朝上，置于模具的底层。
将高铬铸铁按照比例进行配料后，加热至1450℃下进行熔炼（熔炼过程中需要注意脱氧和扒渣），得到熔炼液。让熔炼液稍冷至1200℃进行浇铸至含有硬质合金的模具中，冷却后，得到高铬铸铁-硬质合金复合铸件。
将高铬铸铁-硬质合金复合铸件的高铬铸铁待焊接表面和碳钢的待焊接表面进行酸洗，去除表面的氧化层，接着进行打磨，去除表面的杂质并使得表面平整，然后清洗干燥后，得到预处理的待焊接表面。
将CuMn箔状钎料（60um）、碳膜(100um)和CuAg箔状钎料(60um)进行叠合，得到焊接中间层。将高铬铸铁-硬质合金复合铸件的高铬铸铁待焊接面进行预处理；对碳钢的待焊接面进行预处理；然后按照高铬铸铁待焊接面与焊接中间层的CuMn箔状钎料接触，碳钢的待焊接面与焊接中间层的CuAg箔状钎料接触，进行组装，得到组装工件。
将组装后的工件，以12℃/min升温速度升温至350℃，进行预热处理1.5h，预热处理后，继续升温至950℃，对工件施加22MPa的荷载压力，进行焊接6min；随后随炉冷却至第三段温度350℃，保温，并在保温过程中以0.15MPa/min速率进行卸压，直至荷载为0，最后随炉冷却至室温。
实施例10
本实施例中高铬铸铁的组成为：Cr 20％，C 4.0%，V 3.1％，Mn 0.5％，Si 0.7％，Mo 0.05％，Ti 1.2％，Ni 1.0%，余量为铁。
将硬质合金的待结合接面进行砂纸和金刚石进行逐级打磨，接着用水清洗，然后用丙酮清洗，最后用无水乙醇清洗，得到预处理后的硬质合金；将预处理后的合金面朝上，置于模具的底层。
将高铬铸铁按照比例进行配料后，加热至1350℃下进行熔炼（熔炼过程中需要注意脱氧和扒渣），得到熔炼液。让熔炼液稍冷至1100℃进行浇铸至含有硬质合金的模具中，冷却后，得到高铬铸铁-硬质合金复合铸件。
将高铬铸铁-硬质合金复合铸件的高铬铸铁待焊接表面和碳钢的待焊接表面进行酸洗，去除表面的氧化层，接着进行打磨，去除表面的杂质并使得表面平整，然后清洗干燥后，得到预处理的待焊接表面。
将CuMn箔状钎料（60um）、碳膜(100um)和CuAg箔状钎料(60um)进行叠合，得到焊接中间层。将高铬铸铁-硬质合金复合铸件的高铬铸铁待焊接面进行预处理；对碳钢的待焊接面进行预处理；然后按照高铬铸铁待焊接面与焊接中间层的CuMn箔状钎料接触，碳钢的待焊接面与焊接中间层的CuAg箔状钎料接触，进行组装，得到组装工件。
将组装后的工件，以8℃/min升温速度升温至250℃，进行预热处理2.5h，预热处理后，继续升温至850℃，对工件施加22MPa的荷载压力，进行焊接10min；随后随炉冷却至第三段温度250℃，保温，并在保温过程中以0.05MPa/min速率进行卸压，直至荷载为0，最后随炉冷却至室温。
对实施例9和10制备的多层合金复合材料进行性能测试，其结果如表3所示。
Figure 930332DEST_PATH_IMAGE003
从表3中的数据可以看出，工艺参数的调整，对界面结合性能有一定的影响，随着工艺参数的变化，其结合性能会有一定程度的浮动，但是整体是维持在比较好的性能。
实施例11
以实施例1中的制备方法，制备得到多层合金耐磨复合材料，然后进行后处理，后处理的具体步骤为：
将多层合金耐磨复合材料加热至850℃，进行采用高分子聚醚复合水性淬火剂HNIC501进行淬火冷却，然后加热至400℃，进行回火处理，得到后处理的多层合金耐磨复合材料。
实施例12
以实施例9中的制备方法，制备得到多层合金耐磨复合材料，然后进行后处理，后处理的具体步骤为：
将多层合金耐磨复合材料加热至900℃，进行采用高分子聚醚复合水性淬火剂HNIC501进行淬火冷却，然后加热至350℃，进行回火处理，得到后处理的多层合金耐磨复合材料。
对实施例11和12中的后处理多层合金耐磨复合材料界面结合部位进行性能测试，其结果如表4所示。
Figure 622605DEST_PATH_IMAGE004
从表4中的数据可以看出，进一步进行后处理可以进一步其界面结合部分的结合强度，可能是因为采用淬火和回火的方式，可以进一步细化晶粒，释放残余应力，因而其结合性能得到提升。
上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多层合金耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:将高铬铸铁按照合金组成进行配料后进行熔炼，得到熔炼液；其中：高铬铸铁的组分按照质量百分比由以下组分组成：Cr 14.0～25.0％，C 2.8～5.0％，V 0.5～4.5％，Mn0.5～0.7％，Si0.7～1.0％，Mo 0.05～0.1％，Ti 0.4～2.0％，Ni 0.8～1.5％，余量为Fe和不可避免的杂质，各组分之和为100％；
S2:将硬质合金的表面进行预处理，然后置于模具的底部，待熔炼液冷却至1100～1200℃时，向模具中浇铸熔炼液，得到高铬铸铁-硬质合金复合铸件；
S3：按照CuMn箔状钎料、碳膜和CuAg箔状钎料进行叠合，得到焊接中间层；将高铬铸铁-硬质合金复合铸件的高铬铸铁待焊接面进行预处理；对碳钢的待焊接面进行预处理；然后按照高铬铸铁待焊接面与焊接中间层的CuMn箔状钎料接触，碳钢的待焊接面与焊接中间层的CuAg箔状钎料接触，进行组装，得到组装工件；
S4：将组装工件置于真空钎焊炉，进行真空扩散焊接，焊接完毕后，得到多层合金耐磨复合材料；
获得的多层合金耐磨复合材料，其从上至下依次包括有：碳钢层、高铬铸铁中间层和硬质合金层；
所述的步骤S3中，预处理包括以下步骤：将待焊接表面进行酸洗，去除表面的氧化层，接着进行打磨，去除表面的杂质并使得表面平整，清洗干燥后，得到预处理的待焊接表面；CuMn箔状钎料的厚度为40～80um、碳膜的厚度为100～150um，CuAg箔状钎料的厚度为60～100um；其中碳膜是50～70％碳粉与30～50％的聚乙二醇粉末模压成薄片；
所述步骤S4中，真空焊接具体包括以下步骤：将组装后的工件，以8～12℃/min升温速度升温至250～350℃，进行预热处理1.5～2.5h，预热处理后，按照升温速率为14～20℃/min继续升温至850～950℃，对工件施加18～25MPa载荷，进行焊接5～10min；随后随炉冷却至250～350℃，保温，并在保温过程中按照0.05～0.15MPa/min速率逐步卸压，直至荷载为0，最后随炉冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的多层合金耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述的硬质合金为钨钴类材料硬质合金。
3.根据权利要求1所述的多层合金耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，熔炼温度为1350～1450℃。
4.根据权利要求1所述的多层合金耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，预处理包括硬质合金的待焊接面进行砂纸和金刚石进行逐级打磨，接着用水清洗，然后用丙酮清洗，最后用无水乙醇清洗，得到预处理后的硬质合金。
5.根据权利要求1所述的多层合金耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述的多层合金耐磨复合材料还包括有后处理过程，后处理过程主要为淬火+回火处理。
6.根据权利要求5所述的多层合金耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，淬火+回火处理的具体步骤为：将多层合金复合材料加热至淬火温度，进行淬火冷却，然后加入至回火温度，进行回火处理；其中淬火温度为800～900℃，淬火冷却采用高分子水溶液淬火剂；回火温度为350～450℃。
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CN103949743B (zh) * 2014-05-04 2016-01-20 长沙威尔保新材料有限公司 黑色金属的一种焊接方法
CN106319334B (zh) * 2016-09-29 2018-06-29 湖南长高新材料股份有限公司 高铬铸铁合金材料及其制造方法和应用
CN106695043A (zh) * 2016-12-22 2017-05-24 核工业西南物理研究院 一种碳基材料与铜的钎焊连接方法
CN108723091B (zh) * 2018-06-25 2020-01-14 湖北金标通用轧辊有限公司 一种化工用高铬铸铁轧辊及其制备方法
CN109175764B (zh) * 2018-09-20 2020-07-07 哈尔滨工业大学 一种石墨烯海绵中间层辅助钎焊的方法
CN113000965A (zh) * 2019-12-19 2021-06-22 有研工程技术研究院有限公司 轻质柔性石墨导热索的钎焊结构及钎焊方法
CN111391433B (zh) * 2020-05-09 2021-11-02 长沙威尔保新材料有限公司 一种耐磨复合金属材料及制备方法
CN112404631B (zh) * 2020-10-27 2022-06-07 哈尔滨工业大学 一种碳纳米管海绵中间层辅助钎焊异种材料的方法

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