[发明专利]一种耐磨碳化物复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐磨碳化物复合材料，复合材料为梯度束状NbC非均匀构型增强钢基复合材料，包括依次呈梯度分布的纳米NbC颗粒陶瓷区、微米NbC颗粒陶瓷区以及NbC/Fe融合层；所述NbC/Fe融合层中的部分Fe元素扩散到束状增强体颗粒间隙。本发明还公开了一种耐磨碳化物复合材料的制备方法。本发明一种耐磨碳化物复合材料中各界面结合状态良好，具备良好的耐磨性，兼具强韧性，可广泛应用于冶金、矿山和电力等机械设备中。

技术领域

本发明属于复合耐磨材料技术领域，具体涉及一种耐磨碳化物复合材料，还涉及一种耐磨碳化物复合材料的制备方法。

背景技术

我国矿山、冶金、机械等国民经济重要领域的快速发展和技术进步，对关键部件提出了更高的性能要求，需要其同时具备高强、高韧、耐磨等特性。但传统的陶瓷颗粒增强钢铁基复合材料往往存在强韧性不匹配、界面残余应力和应变分布不均匀等问题，易导致使役工况下发生灾难性破断事故。因此，研发强度、韧性及耐磨等综合性能优异的陶瓷颗粒增强钢铁基复合材料，具有重要的现实意义和工程价值。

随着增强相从均匀分布到可控非均匀分布基本理论的突破，越来越多研究表明，增强相非均匀构型成为有效解决强韧化矛盾的新策略。设计并制备陶瓷颗粒与基体非均匀复合构型材料，是突破传统颗粒增强钢铁基复合材料耐磨性与强韧性相互制约有效方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐磨碳化物复合材料，该耐磨碳化物复合材料为NbC非均匀构型增强钢基复合材料，具有良好的硬度和耐磨性以及韧性，解决目前传统均匀分散陶瓷颗粒钢铁基复合材料强韧不匹配问题。

本发明的另一目的是提供一种耐磨碳化物复合材料的制备方法。

本发明采用的第一技术方案是，一种耐磨碳化物复合材料，复合材料为梯度束状NbC非均匀构型增强钢基复合材料，包括依次呈梯度分布的纳米NbC颗粒陶瓷区、微米NbC颗粒陶瓷区以及NbC/Fe融合层；所述NbC/Fe融合层中的部分Fe元素扩散到束状增强体颗粒间隙。

本发明的特点还在于，

钢基为高锰钢或不锈钢。

本发明采用的第二技术方案是，一种耐磨碳化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：准备若干铌丝，其中铌的纯度控制在99.7-99.99％，所述铌丝的直径控制在1-3mm；

步骤2：将ESP泡沫制成与铸件尺寸形状相似的消失模；

步骤3：将铌丝沿纵向插入消失模内，穿透，形成阵列排布或随机分布，在消失模表面留出10-30mm铌丝；

步骤4：在消失模表面涂刷耐火涂料并烘干，重复涂刷耐火涂料并烘干操作一次，后将消失模装箱且在箱内填充干砂震实；

步骤5：将基体钢材冶炼为金属液；

步骤6：将上述金属液浇注入排布有丝材的消失模内，获得金属基体与铌丝复合体；

步骤7：将从消失模中取出金属基体与铌丝复合体，在上述复合体外部整体包覆石墨纸和/或石墨粉；

步骤8：将包覆石墨纸的复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却至室温，获得整体耐磨碳化物复合材料；

步骤9：对获得的整体耐磨碳化物复合材料进一步热处理，以获得不同的基体组织。

本发明的特点还在于，

步骤1中的铌丝先被加以酸洗、打磨预处理，具体步骤如下；

第一步：选用300ml/L的10％NaOH溶液清洗10min，除去表面油污，后流水冲洗；

第二步：选用300ml/L的盐酸溶液清洗10min，除去表面氧化膜，后流水冲洗；