[发明专利]一种奥氏体不锈钢、硬质合金复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于冶金材料技术领域，具体涉及一种奥氏体不锈钢、硬质合金复合材料及其制备方法和应用。本发明提供的所述复合材料包括奥氏体不锈钢层和硬质合金层，以及设置在所述奥氏体不锈钢层和硬质合金层之间的铜过渡层；所述奥氏体不锈钢层、铜过渡层和硬质合金层之间采用热等静压方式实现结合。本发明利用热等静压工艺，中间以铜作为过渡层，使奥氏体不锈钢、铜、硬质合金三部分相互扩散，达到冶金结合。本发明通过对热等静压操作步骤的限定，尤其是保温温度以及保温时间和压力等的限定，能够使得奥氏体不锈钢、硬质合金复合材料的内部没有气孔，三者之间的结合强度高，满足不同工况的使用要求。

技术领域

本发明属于粉末冶金材料技术领域，具体涉及一种奥氏体不锈钢、硬质合金复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

硬质合金是由难熔金属碳化物和粘结剂金属通过粉末冶金方法合成的，具有很高的硬度、耐磨性及良好的红硬性和导热率，广泛用于机械加工、航空航天、石油化工、电子通讯等工业领域。奥氏体不锈钢具有较高的耐蚀性，与硬质合金的连接件可在滑动轴承或腐蚀性介质中使用。但两种母材之间的线膨胀系数相差悬殊，硬质合金的线膨胀系数一般仅为奥氏体不锈钢的1/3～1/2，焊接工艺的冷却过程中由于不锈钢一侧较大的收缩量而使得在硬质合金侧形成较大的残余拉应力，往往使接头性能不理想。

目前工业应用中，硬质合金与奥氏体不锈钢的连接方法主要有钎焊、扩散焊和激光焊。采用银基钎料钎焊连接硬质合金与奥氏体不锈钢，获得的接头强度不能满足高强使用条件；采用镍基中间层合金扩散连接硬质合金和不锈钢，焊件虽然具有良好的高温使用性能，但高温强度性能仍然受限；采用激光焊接硬质合金和奥氏体不锈钢，由于需要加填充金属而使焊接工艺复杂，增加制造成本。为此，中国专利文献CN104084658A，公开了一种镁合金与钢的接触反应扩散钎焊连接方法，该文献采用中间层纯铜实现了镁合金与钢的低温低压焊接，但接头强度不高，无法指导硬质合金和不锈钢的高强连接；中国专利文献CN109732166A，公开了一种硬质合金与奥氏体不锈钢的扩散钎焊方法，该技术采用无银化设计的铜基钎料合金，成本低，且与硬质合金基体润湿及界面行为优良，同时由于铜基合金中添加了Ni和Sn等合金元素，获得的硬质合金与不锈钢接头具有耐腐蚀、强度高等优点，接头可适用于盾构机、刮板等复杂工况。但是，铜基钎料钎焊只是借助毛细作用，将熔化的钎料吸入和充满工件间隙，液态钎料与工件金属相互扩散，扩散层较薄，一般仅有零点几微米，具有结合强度低等问题，仅有50－80MP；，使工件连接到一起，到基体中，另外，将硬质合金块钎焊在奥氏体不锈钢基体上，硬质合金和奥氏体不锈钢仍然以块状存在，二者的结合部位是磨损时的薄弱部分，在使用过程中仍然存在硬质合金块容易掉落，造成设备卡死等恶性事故等问题，因此，需要继续探索适于实现硬质合金和不锈钢的高强连接的方法。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的硬质合金和奥氏体不锈钢采用钎焊连接，扩散层薄，结合强度低，在使用过程中仍然存在硬质合金块容易掉落，造成设备卡死等恶性事故的缺陷，从而提供一种奥氏体不锈钢、硬质合金复合材料及其制备方法和应用。

为此，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种奥氏体不锈钢、硬质合金复合材料的制备方法，所述复合材料包括奥氏体不锈钢层和硬质合金层，以及设置在所述奥氏体不锈钢层和硬质合金层之间的铜过渡层；

所述奥氏体不锈钢层、铜过渡层和硬质合金层之间采用热等静压方式实现结合，其中，所述热等静压的操作步骤为：

S1：升温至600－650℃，在压力60－80MPa下保温40－90min；

S2：升温至850－1050℃，在120－180MPa下保温2－4h；

S3：降温至650－450℃，随炉冷却，得所述奥氏体不锈钢、硬质合金复合材料。

进一步地，所述热等静压的操作步骤为：