一種陶瓷增強復合材料及其應用以及增材制造方法和產品技術

本申請涉及陶瓷增強材料領域，公開了一種陶瓷增強復合材料及其應用以及增材制造方法和產品。本申請選擇鐵基、鎳基、鋁基以及鈦基的金屬材料與特定陶瓷材料復合為陶瓷增強復合材料，通過增材制造技術對金屬基材進行增材，相對于使用碳化鎢和高速鋼陶瓷增強復合材料能夠顯著的減弱開裂傾向，提高韌性，可充分發揮耐磨層的耐磨性，廣泛應用于鋼鐵、冶金、模具等領域。等領域。

【技術實現步驟摘要】
一種陶瓷增強復合材料及其應用以及增材制造方法和產品


[0001]本申請涉及陶瓷增強材料領域，尤其涉及一種陶瓷增強復合材料及其應用以及增材制造方法和產品。

技術介紹

[0002]在鋼鐵、冶金、模具等領域，磨損是造成材料損失和能源浪費的主要原因之一。隨著現代工業的高速發展，在許多惡劣工況下，單純的鋼鐵金屬材料已無法滿足使用要求。陶瓷顆粒增強金屬基復合材料具有高強度、高硬度和高耐磨性等優點，是解決復雜惡劣工況材料失效問題的有效途徑之一。
[0003]陶瓷增強相具有高硬度、高強度和高彈性模量等優異性能，常見陶瓷包括碳化物陶瓷，氧化物陶瓷，氮化物陶瓷以及復合陶瓷等，其中碳化鎢陶瓷因其各方面綜合性能均較好，故作為增強相在工業領域被廣泛應用。但是，由于陶瓷顆粒和基體材料熱膨脹系數的差異、陶瓷/金屬界面強度差、反應產物脆性較大等原因，顆粒增強復合材料的塑韌性相對于基體金屬顯著降低，在承受沖擊載荷的條件下容易發生斷裂而出現早期失效，導致其耐磨性能無法得到有效利用，極大地限制了其應用與發展。
[0004]Ye等采用鑄滲法制備了不同體積分數的V8C7增強Fe基復合材料，隨著增強相體積分數的增加，復合材料的硬度呈增大趨勢，而沖擊韌性由8.1J/cm2降至4.7J/cm2，當增強相體積分數低于24％時，耐磨性隨V8C7含量增加而增強，而當體積分數超過24％時，顆粒的破碎和微裂紋的產生導致耐磨性下降。其他研究結果也表明，隨著WC含量的增加，復合材料的硬度和耐磨性均呈增大趨勢，但韌性呈下降趨勢，導致在三體沖擊磨損條件下的耐磨性遠遠低于二體摩擦磨損。從以上研究的結果來看，陶瓷顆粒增強金屬基復合材料能夠顯著提高基體硬度，一定程度上提高耐磨性。但是，隨著陶瓷顆粒比例的增加，復合材料沖擊韌性嚴重下降，導致磨損過程中出現顆粒破碎甚至基體開裂，耐磨性反而呈現下降趨勢。

技術實現思路

[0005]有鑒于此，本申請的目的在于提供一種高體積分數陶瓷增強復合材料，使得所述陶瓷增強復合材料能夠在50％以上高陶瓷含量的情形下，通過增材制造的耐磨層獲得較優異的韌性，在具有良好耐磨性能的同時，減少耐磨層開裂傾向；
[0006]本申請的目的在于提供一種高體積分數陶瓷增強復合材料，使得所述陶瓷增強復合材料能夠顯著提高耐磨層硬度；
[0007]本申請的另外一個目的在于提供上述陶瓷增強復合材料在制備耐磨層和增材制造中的相關應用；
[0008]本申請的另外一個目的在于提供基于上述陶瓷增強復合材料的增材制造方法、耐磨層以及含有該耐磨層的金屬產品。
[0009]為了解決上述技術問題/達到上述目的或者至少部分地解決上述技術問題/達到上述目的，本申請提供了一種陶瓷增強復合材料，包括陶瓷材料和金屬材料，所述陶瓷材料
選自碳化物、氮化物、氧化物和硼化物中的一種或兩種以上。優選地，所述陶瓷材料選自碳化物或氧化物。
[0010]在本申請某些實施方式中，所述陶瓷增強復合材料的粒徑在(40
?
150)μm
±
5μm；可選地，所述粒徑為40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm或150μm。
[0011]本申請陶瓷增強復合材料中的金屬材料為鋁基金屬材料、鐵基金屬材料、鎳基金屬材料或鈦基金屬材料；
[0012]其中，可選地，所述鋁基金屬材料為純鋁和/或鋁合金；在本申請某些實施方式中，鋁合金為AlSi10Mg鋁合金；在本申請另外一些實施方式中，所述AlSi10Mg鋁合金具有表1所示化學成分：
[0013]表1AlSi10Mg鋁合金化學成分(wt％)
[0014] FeMgMnCuSiAlAlSi10Mg0.14
?
0.550.40
?
0.45≤0.01≤0.0510
?
11Bal.(余量)
[0015]可選地，所述鐵基金屬材料為純鐵和/或鐵合金；在本申請某些實施方式中，所述鐵合金為0Cr18Ni9鐵合金(簡稱304)或H13鋼；在本申請另外一些實施方式中，所述0Cr18Ni9鐵合金具有表2所示化學成分：
[0016]表2 0Cr18Ni9鐵合金化學成分(wt％)
[0017] CCrNiMnSiFe0Cr18Ni9＜0.08＜18.5＜9.4＜1.82＜0.91Bal.(余量)
[0018]所述H13鋼具有表3所示化學成分：
[0019]表3H13鋼化學成分(wt％)
[0020] CCrMoSiVFeH13鋼0.32
?
0.454.17
?
5.501.10
?
1.750.80
?
1.200.80
?
1.20Bal.(余量)
[0021]可選地，所述鈦基金屬材料包括純鈦和/或鈦合金；在本申請某些實施方式中，所述鈦合金為Ti
?
6Al
?
4V鈦合金(簡稱TC4)；在本申請另外一些實施方式中，所述Ti
?
6Al
?
4V鈦合金具有表4所示化學成分：
[0022]表4Ti
?
6Al
?
4V鈦合金化學成分(wt％)
[0023] AlFeVCNHOTiTi
?
6Al
?
4V5.5
?
6.8＜0.303.5
?
4.5＜0.30＜0.05＜0.015＜0.20Bal.(余量)
[0024]可選地，所述鎳基金屬材料包括純鎳和/或鎳合金；在本申請某些實施方式中，所述鎳合金為Ni20Cr；在本申請另外一些實施方式中，所述Ni20Cr鎳合金具有表5所示化學成分：
[0025]表5Ni20Cr鎳合金化學成分(wt％)
[0026] CrNiNi20Cr20Bal.(余量)
[0027]在本申請某些實施方式中，所述陶瓷材料的體積百分比≥50％；在另外一些實施方式中，所述陶瓷材料的體積百分比≥60％；在另外一些實施方式中，所述陶瓷材料的體積百分比為60
?
94％；所述陶瓷材料的體積百分比，可具體選自50％、60％、65％、70％、78％、
82％、89％或94％。
[0028]可選地，所述陶瓷材料選自元素周期表中過渡金屬的碳化物、氮化物、氧化物和硼化物的中一種或兩種以上，所述過渡金屬為元素周期表中第三副族至第二副族，以及第四周期至第七周期范圍內的金屬，包括鈧(Sc)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)、釔(Y)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、锝(Tc)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、銀(Ag)、鎘(Cd)、鑭系(La
?
Lu)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鎢(W)、錸(Re)、鋨(Os)、銥(Ir)、本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種陶瓷增強復合材料，其特征在于，包括陶瓷材料和金屬材料，所述陶瓷材料選自碳化物、氮化物、氧化物和硼化物的中一種或兩種以上。2.根據權利要求1所述陶瓷增強復合材料，其特征在于，所述金屬材料為鋁基金屬材料、鐵基金屬材料、鎳基金屬材料或鈦基金屬材料。3.根據權利要求1所述陶瓷增強復合材料，其特征在于，所述陶瓷材料選自元素周期表中過渡金屬的碳化物、氮化物、氧化物和硼化物的中一種或兩種以上。4.根據權利要求1或3所述陶瓷增強復合材料，其特征在于，所述陶瓷材料的體積百分比≥50％。5.根據權利要求4所述陶瓷增強復合材料，其特征在于，所述陶瓷材料的體積百分比≥60％。6.根據權利要求5所述陶瓷增強復合材料，其特征在于，所述陶瓷材料的體積百分比為60
?
94％。7.根據權利要求3所述陶瓷增強復合材料，其特征在于，所述過渡金屬為元素周期表中第四周期至第六周期的過渡金屬。8.根據權利要求7所述陶瓷增強復合材料，其特征在于，所述過渡金屬為元素周期表第四周期至第六周期的第四副族至第六副族的過渡金屬。9.根據權利要求8所述陶瓷增強復合材料，其特征在...

【專利技術屬性】
技術研發人員：請求不公布姓名，
申請(專利權)人：恒普寧波激光科技有限公司，
類型：發明
國別省市：