[发明专利]一种硬质合金复合涂层及其制备方法

说明书

一种硬质合金复合涂层及其制备方法，按照质量百分比由2~3%碳化钒（VC）、10~15%锆（Zr）和1~5%镀铜碳纤维粉、无水乙醇8~15%、其余为碳化钨（WC18）通过混料、压制成坯膜、在基体表面贴坯、预烧结后进行真空多级高频感应烧结制得。本发明以钢铁为基体制备的硬质合金涂层与基体界面结合强度，高效抑制了涂层与基体分离，本发明方法抑制了粘结相与硬质相产生界面应力和成分偏析，制备的涂层成分均匀性优异、热应力低；硬质合金涂层具有优异的硬度、强度和韧性，其洛氏硬度达到92（HRA）以上，强度达到1560MPa，断裂韧性达到15 MPa·m^1/2以上。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料制备技术领域，具体涉及一种硬质合金复合涂层及其制备方法。

背景技术

硬质合金材料是根据粉末冶金原理，将难熔金属化合物(碳化物、氮化物等)等陶瓷相和Co、Ni等过渡族金属混合，制备成的一种复合材料，具有硬度高，强度大，高温力学性能优良等优点。其中应用最广的是WC基硬质合金，具有高强韧、高温抗蠕变能力、高耐磨性等优点，已广泛应用于制造工具材料。目前我国制造行业所使用的高端硬质合金材料产品绝大部分仍依赖从欧美及日本进口，技术差距很大。因此，自主研发高端硬质合金材料是我国制造业发展的重点。硬质合金主要由粘结相和硬质相两相组成。这种结构容易引起的界面应力和成分偏聚，使其强韧性降低。并且，硬质合金中硬质相是多晶烧结材料，其致命弱点是脆性大、韧性不足。因此对高性能硬质合金材料的设计主要方向是克服缺陷及脆性，提高强韧性。硬质合金的强韧化方法主要是在陶瓷相中引入韧性金属Co、Ni作为粘结相。但粘结相中过多时，会使得各相原子间的不匹配度增大，影响界面结合，导致材料的强度下降。

如果可以将硬质合金作为工作面与普通材料(如钢铁)结合使用可以显著降低使用成本。但二者的结合仍然存在一些技术问题，如硬质合金的烧结会产生收缩，不适合制备大尺寸对精度要求高的产品；其次，硬质合金与传统材料如钢件的连接也不易通过焊接等方式实现。这就需要寻找一种高效低成本的方式实现硬质合金与传统材料的复合。同时对硬质合金涂层的强韧性提出更高的要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种硬质合金复合涂层，成分分布均匀、结构致密、缺陷少，与基体之间具有优异的结合强度，且具有较高的力学性能。

本发明另一目的是提供上述硬质合金复合涂层的制备方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种硬质合金复合涂层，其特征在于：所述硬质合金复合涂层按照质量百分比由2～3％碳化钒(VC)、10～15％锆(Zr)和1～5％镀铜碳纤维粉、无水乙醇8～15％、其余为碳化钨(WC18)，通过混料、压制成坯膜、在基体表面贴坯、预烧结后进行真空多级高频感应烧结制得。

WC硬质相为多晶烧结材料，煅烧过程中会逐渐长大，导致合金变脆、韧性降低。采用硬质合金与金属基体结合使用的时候，硬质合金和基体之间界面结构疏松，硬质合金涂层容易从基体表面脱落。

本发明采用相较于传统的钴、镍等熔点更高且强度也更高的锆做粘结剂，碳化钒做晶粒细化剂，碳化钨作为硬质合金涂层的基体，通过镀铜碳纤维的加入实现硬质合金的增韧，此外，镀铜碳纤维的加入在电磁感应加热烧结过程中又可以作为电磁感应加热的导热源，通过预制坯膜和贴坯的方式实现了硬质合金和钢基体的密实结合，在高频感应加热烧结中，镀铜碳纤维均匀分布在材料中，通过集肤效应，实现了精准控制对涂层、以及涂层与基体界面的烧结，获得了良好的界面结合性能和高致密度。多次递进的较高温度烧结方式，使得粘结相锆和液态结构的基体铁之间体现出良好的润湿性，促进二者结合，进一步增加了硬质合金涂层和基体之间的结合力。

此外，在高温烧结过程中，锆和碳纤维反应生成少量的碳化锆，形成了碳化钨以外的增强相，进一步增加硬质合金的硬度和强度。