[发明专利]一种高性能金属-陶瓷复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能金属‑陶瓷复合材料的制备方法，将铁基金属合金粉末与碳源和/或硼源混合，获得合金粉末A，将陶瓷粉末B表面镀覆金属获得过镀层陶瓷粉末C，然后将合金粉末A、陶瓷粉末B、过镀层陶瓷粉末C分别与粘结剂进行混炼、制粒；分别得到A喂料、B喂料、C喂料，然后将A喂料、C喂料、B喂料依次注射入模具中，获得注射生坯，溶剂脱脂获得溶脱坯，进行温等静压处理获得生坯，生坯预烧、热等静压烧结即得金属‑陶瓷复合材料。本发明采用粉末共注射成型+温等静压成型方式制备高密度共注射合金生坯，最后采用热等静压烧结(HIP)的方式最终制备出具有高性能金属‑陶瓷复合材料。

技术领域

本发明涉及一种高性能金属-陶瓷复合材料的制备方法，属于粉末冶金技术制备领域。

背景技术

金属粉末共注射成型技术(Metal Powder co-Injection Molding Technology，简称Co-MIM)是通过分步或同时注射不同金属材料，得到具有多层结构、芯壳结构的零部件，是现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成型技术。此技术特别适合于大批量生产小型、复杂以及具有特殊要求的金属零件。

陶瓷具有高硬度、高熔点、高耐磨性、耐氧化等优点，可用作结构材料、刀具材料。近年来,金属-陶瓷复合材料主要采用粉末压制成型技术以及激光粉末快速成型技术。粉末压制成型技术，例如：CN109202089，虽然金属与陶瓷结合性较好但值适用于简单结构的零部件。激光粉末快速成型技术，例如CN104628393。这种方法制备陶瓷件,工艺复杂，且产品尺寸难以控制,而且对于一些结构较复杂的零件,局部区域很难震实,导致产品收缩严重不均匀，不能实现智能制造和近净尺寸成型。

金属与陶瓷两种粉末的熔点、热膨胀系数等物理性能相差较大，烧结后金属与陶瓷结合性差，强度、密度较低，脆性较大，且很难制备小型精密异型零部件。因此，研究一种共注射成型技术制备金属-陶瓷复合材料的制备方法，在精密高性能零部件领域有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高性能金属-陶瓷复合材料的制备方法。本发明采用粉末共注射成型+温等静压成型方式制备高密度共注射合金生坯，最后采用热等静压烧结(HIP)的方式最终制备出具有高性能金属-陶瓷复合材料，能够有效解决单组分金属或陶瓷自身密度以及界面的结合强度，可实现高精度、高密度金属-陶瓷复合材料的制备，是一种可实现高精度净近尺寸成型、节约成本的新型制备工艺。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种高性能金属-陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将铁基金属合金粉末与碳源和/或硼源混合，获得合金粉末A，将陶瓷粉末B表面镀覆金属获得过镀层陶瓷粉末C，然后将合金粉末A、陶瓷粉末B、过镀层陶瓷粉末C分别与粘结剂进行混炼、制粒；分别得到A喂料、B喂料、C喂料，然后将A喂料、C喂料、B喂料依次注射入模具中，获得注射生坯，溶剂脱脂获得溶脱坯，进行温等静压处理获得生坯，生坯预烧、热等静压烧结即得金属-陶瓷复合材料。

优选的方案，所述铁基合金粉末的粒径为5～30μm，进一步的优选5～20μm。

优选的方案，所述碳源选自碳粉、石墨烯，碳纳米管中的至少一种，所述硼源选自硼粉。

优选的方案，所述合金粉末A中，碳源和/或硼源的质量分数为0.1～1％，优选为0.1～0.5％。

优选的方案，所述陶瓷粉末B的平均粒度为25～100nm，进一步的优选25～50nm。

优选的方案，所述过镀层陶瓷粉末C中的表面金属镀层的厚度为5-15nm，所述金属镀层中的金属选自Ti、Ni、Cr中的一种。

在实际操作过程中，采用金属镀层的镀覆方式不受限制，如可以采用化学镀或离子镀。