[发明专利]一种金属/陶瓷三层复合材料及其制备工艺与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属/陶瓷复合材料及其制备工艺与应用，尤其是涉及一种金属/陶瓷三 层复合材料及其制备工艺与应用。

背景技术

材料的耐磨性与韧性等多项性能的统一是现代材料研究的热点之一。

陶瓷是一种集耐磨、耐高温、高硬度和抗腐蚀等多种优良性能于一体的高性能材料，但 是在常温下，韧性差，且成型困难；金属则恰恰相反，具有陶瓷所没有的可塑性和韧性，将 这两种材料通过一定的工艺复合在一起，构成一种新结构材料，应当可以兼备两者的优点。

液压缸在日常生活与生产中的应用越来越广泛，主要存在的问题是随着液压缸使用时间 增长，液压缸内壁与活塞的磨损日益严重，造成油缸因刮伤而漏油、泄压。为了解决液压缸 筒的耐磨问题，目前普遍采用的方法是对液压缸筒内壁进行滚压、研磨、高频淬火、镀铬、 激光处理等等，这些工艺成本相对较高，且对液压缸筒的耐磨性提升也不大，使用约两年后 仍然会出现严重磨损，甚至报废。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种耐磨、耐高温、耐腐蚀并 具有可塑性和韧性的金属/陶瓷三层复合材料及其制备工艺，使用该金属/陶瓷三层复合材料 制造的液压缸可以有效防止活塞长期磨擦造成液压缸内壁的刮伤和泄压，使用寿命延长。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明之金属/陶瓷三层复合材料，其由金属层，陶瓷层，金属/陶瓷过渡层构成，金属 /陶瓷过渡层位于金属层和陶瓷层之间，所述金属/陶瓷过渡层厚度占材料总厚度的50-75％， 金属层厚度与陶瓷层厚度相等。

所述金属层由基体金属粉末加入添加剂石蜡、甲醛、大豆油混合均匀烧结而成，所述添 加剂各组分重量配比为：石蜡47-55％，甲醛43-52％，大豆油1.5-4.5％；陶瓷层由基体陶瓷粉 末加入添加剂石蜡、高密度聚乙烯、硬脂酸混合物烧结而成，所述添加剂各组分重量配比为 ：石蜡27-46％，高密度聚乙烯35-45％，硬脂酸15-30％；金属/陶瓷过渡层由基体金属粉末与 基体陶瓷粉末及添加剂的混合物烧结而成，且金属粉末种类与金属层的基体金属粉末相同， 陶瓷粉末与陶瓷层的基体陶瓷粉末种类相同，金属粉末占全部粉料质量的8％-12％，添加剂组 分及重量配比为；高密度聚乙烯30-45％，硬脂酸6-11％，石蜡25-35％，聚乙烯蜡8-15％，聚丙 烯8-15％；所述各种粉料与添加剂的重量配比为：粉料65-75％(优选70％)，添加剂25-35％( 优选30％)。

所述金属粉末可为铁锌合金粉末、铝锌合金粉末或钛镍合金粉末；

所述陶瓷粉末可为Si₃N₄陶瓷粉末、SiC陶瓷粉末、Al₂O₃陶瓷粉末、AlN陶瓷粉末或TiB₂陶瓷粉末。

本发明金属/陶瓷三层复合材料的制备工艺为：

1)将三种不同粉末原料分别进行研磨细化处理，粒径控制在0.8μm-1.2μm范围内，并 与相应添加剂混合均匀；

2)将三种不同混合料分别在双螺杆挤出机中挤出造粒，粒径最终控制在3mm-5mm；

3)将所述三种不同混合料通过分层注射成型工艺制成坯体；

4)将坯体在280-320℃，两个大气压的氮气氛围下脱脂46-55小时，再在1500-1600℃、 200-260Mpa下烧结50-70分钟形成致密工件。

在烧结过程中陶瓷和金属粉体会发生原位反应形成陶瓷与金属复合体，粉体中加入的各 种添加剂有助于陶瓷和金属界面处的结合。金属/陶瓷过渡层的理化性质介于金属层与陶瓷 层之间，一方面缓和了两种不同材料不同性能之间的冲突，另一方面通过物理渗透和化学反 应的方式使金属层与陶瓷层可以很好的结合在一起，促进两种不同材料之间力与热的传递， 有效提高材料的复合性能。陶瓷的模量远大于金属，金属的韧性优于陶瓷，陶瓷/金属过渡 层中既含有金属成分又含有陶瓷成分，减弱了金属层与陶瓷层结构上的突变，削弱了陶瓷/ 金属过渡层的总体模量与金属层、陶瓷层之间的差距，减小了金属层、陶瓷层结构在外力作 用下产生的残余应力，提高材料的抗振动性能。

本发明金属/陶瓷三层复合材料耐磨性能好，耐高温，耐腐蚀，装配有用其制造的缸筒 的液压缸工作稳定可靠，使用寿命长，维修费用低，拓展了应用范围。