[发明专利]一种碳化物合金棒增强钢基表面复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳化物合金棒增强钢基表面复合材料，钢基体表面相间镶嵌着碳化物合金棒，且呈阵列形式规则排布，所述碳化物合金棒为Co基碳化物合金棒、Ni基碳化物合金棒或碳化物‑金属复合合金棒，与钢基体呈冶金结合，碳化物合金棒是由自熔性合金粉末或金属+陶瓷混合粉末经激光熔覆烧结后的产物，自熔性合金粉末为Co基、Ni基自熔性合金粉末，或Co基、Ni基自熔性合金粉末与碳化物陶瓷颗粒的混合粉末；本发明还公开了一种碳化物合金棒增强钢基表面复合材料的制备方法，利用碳化物合金棒与钢基体之间的咬合结构改善其界面结合状态，避免开裂和剥落，利用钢基表面阵列结构的碳化物合金棒提高了复合材料的强韧性。

技术领域

本发明属于钢基表面复合材料技术领域，涉及一种碳化物合金棒增强钢基表面复合材料及其制备方法。

背景技术

单一钢铁材料的表面性能逐渐不能满足冶金、电力、能源等行业中耐磨、耐热、耐腐蚀、抗热疲劳等特殊工况要求，对其进行表面改性是目前材料研究的热点。

与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积等方法相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，是应用最广泛的钢铁材料表面改性方法之一。但激光熔覆很难形成与基体连续的界面，多数呈现开裂状态，添加自熔性合金粉末后能获得较好的熔覆层结合界面。自熔性合金粉末中以Co基、Ni基粉末自熔性较佳(具有良好的固态流动性)、润湿性良好可以获得较好的熔覆层界面：例如选择合金元素为Cr、Fe、Mo、W、B、Si和C的Ni基自熔性合金粉末在Y4模具钢基体上激光熔覆时，其性能通过固溶强化得到提高；又例如将Co-WC自熔性合金粉末表面熔覆在弹簧钢和45钢表面，通过改变WC和Al₂O₃等成分，得到维氏硬度值为1300～1400的硬质合金熔覆层。

但在激光熔覆时，由于基体与熔覆层热性能的差异会使部分熔覆层出现较大残余应力而形成微裂纹，并且单层熔覆时，其厚度有限，因而对硬度和耐磨性的提高有限，搭接或多层熔覆虽可满足所需厚度，但熔覆层之间形成的杂质层使材料稳定性下降，并且随着熔覆层厚度的增加和面积的增大，钢基体与熔覆层之间易出现应力集中区，严重时会导致开裂，甚至剥落。而且激光熔覆材料，特别是Co基合金价格昂贵，作涂层成本太高。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种碳化物合金棒增强钢基表面复合材料，利用碳化物合金棒与钢基体之间的咬合结构改善其界面结合状态，避免开裂和剥落，利用钢基表面阵列结构的碳化物合金棒提高了复合材料的强韧性。

本发明的另一个目的是提供一种碳化物合金棒增强钢基表面复合材料的制备方法。

本发明所采用的第一技术方案是，一种碳化物合金棒增强钢基表面复合材料，钢基体表面相间镶嵌着碳化物合金棒，且呈阵列形式规则排布，所述碳化物合金棒为Co基碳化物合金棒、Ni基碳化物合金棒或碳化物-金属复合合金棒，与钢基体呈冶金结合。

碳化物合金棒是由自熔性合金粉末或金属+陶瓷混合粉末经激光熔覆烧结后的产物，自熔性合金粉末为Co基、Ni基自熔性合金粉末，金属+陶瓷混合粉末为Co基、Ni基自熔性合金粉末与碳化物陶瓷颗粒的混合粉末。

碳化物合金棒的直径为0.3～2.2mm，高度为0.3～3mm，钢基体表面相邻碳化物合金棒的间距为0.5～4.1mm。

本发明所采用的第二技术方案是，一种碳化物合金棒增强钢基表面复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，准备钢基体和碳化物合金粉末，碳化物合金粉末用于形成碳化物合金棒，碳化物合金粉末为自熔性合金粉末或金属+陶瓷混合粉末；

步骤2，对准备的钢基体进行表面处理，包括去油和除锈处理；

步骤3，利用脉冲激光在钢基体表面预制阵列分布的小孔；