一种高强、高韧的仿生功能表面耐磨复合材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种高强、高韧的仿生功能表面耐磨复合材料的制备方法，以碳钢为基体材料，在光滑碳钢基体表面加工出不同间距和深径比的圆形凹坑或不同间距和深宽比的条纹形凹坑，将Al-Ti-C体系硬质单元体原始粉末置于凹坑内并压实，通过烧结技术，制备原位内生TiC-Al基金属复合结构硬质单元体，从而制造出一种具有良好强度、硬度和韧性的仿生耐磨复合材料。本发明所制备出的仿生耐磨复合材料不但具有良好的耐磨性而且生产成本低，加工制造方便，适用范围广。为实现工程中零部件抗磨、耐磨问题的解决提供了一种有效的方法。

主权项

一种高强、高韧的仿生功能表面耐磨复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：1)、硬质单元体材料的制备：a.硬质单元体原始粉末的组成：材料呈现粉末状，是由粒度小于90μm的Al粉、Ti粉以及C粉组成，其中，Al的重量百分比为10％～60％，Ti粉和C粉加在一起的重量百分比为90％～40％，其中Ti和C粉摩尔比是1：1；b.混料：按照a中硬质单元体原始粉末的组成称取粉末，放入球磨机中进行混合，混合时间为7±1小时；c.碳钢基体上圆形凹坑或条纹形凹坑的加工：利用数控铣床在光滑碳钢基体表面加工深为5～10mm，直径为5～10mm，中心距为15～25mm的圆形凹坑，或是深为8～10mm，宽度为5～10mm，间距为6～10mm的条纹形凹坑；d.硬质单元体原始粉末的装填与压实：将硬质单元体原始粉末装入已加工好的凹坑内，并将其压实；紧实率是其理论密度的55±5％；2)、反应生成仿生耐磨复合材料：e.烧结装置的真空除气处理：将装有硬质单元体材料的碳钢基体放入真空加热装置内，调节真空度最小值为10^‑1MPa，并以25℃/min的加热速率将硬质单元体材料加热至300℃～400℃，维持2～3个小时，实现抽真空处理；完成抽真空后通入氩气并保持加热装置内的压力为一个大气压；f.硬质单元体生成：通过安装在烧结设备侧壁上的电阻丝以25℃/mim的加热速率，将完成抽真空处理的硬质单元体材料加热到1000℃，加热装置内的高温引发硬质单元体材料整体发生自蔓延高温合成反应，硬质单元体材料最终变成了含有TiC陶瓷的硬质单元体，并与碳钢基体之间存在着牢固的连接，至此制备出了仿生耐磨复合材料。