一種柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬材料在使用過程中受到環(huán)境與載荷的共同作用時(shí)極易產(chǎn)生失效，表面磨損是失效的主要形式之一，從而造成零件受損、維修頻繁、能耗增加甚至設(shè)備報(bào)廢等問題。因此，金屬表面強(qiáng)度的高低，性能的好壞，在許多情況下，對(duì)其使用壽命具有決定性意義。表面防護(hù)和強(qiáng)化處理不僅可以提高其使用壽命，而且還可以獲得良好的綜合性能。因此，金屬表面改性技術(shù)開始應(yīng)運(yùn)而生，并得以迅速發(fā)展。隨之金屬表面性能要求的多樣性，促使其表面改性方法也層出不窮。相繼出現(xiàn)了電鍍、化學(xué)鍍、PVD、CVD、三束改性、熱噴涂、堆焊、激光熔覆和金屬-陶瓷貼片技術(shù)。但它們只能提供單一和有限的保護(hù)，在實(shí)際工況中卻難以推廣。表面復(fù)合材料的制備技術(shù)是表面工程領(lǐng)域中發(fā)展較為迅速的分支之一，它能同時(shí)實(shí)現(xiàn)基體與復(fù)合材料的協(xié)同作用，又具有很大的設(shè)計(jì)自由度。復(fù)合材料一般是由合金基體和非金屬固體增強(qiáng)顆粒、網(wǎng)狀纖維或鋼絲網(wǎng)增韌相組成，此類材料可廣泛應(yīng)用于航空、化工、機(jī)電等行業(yè)，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但是，多數(shù)復(fù)合材料與基底之間需要經(jīng)過復(fù)雜設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，限制了其在惡劣工況條件下的使用。同時(shí)，大多數(shù)高性能的填料和增強(qiáng)骨料都是以粒狀或粉狀形態(tài)供貨，施工時(shí)不利于將其均勻、一致地貼附于零件表面，增加了表面工作層的制備難度，尤其是對(duì)處于不同位置的曲面、折面、螺旋面，原料的可靠貼附顯得更為重要。
[0003]傳統(tǒng)的表面涂層制備工藝在耐磨成效、傳熱和運(yùn)轉(zhuǎn)要求方面尚有嚴(yán)重不足及弊端，涂層使用壽命有限。比如，堆焊WC-Co、Cr3C2時(shí)局部的高溫會(huì)導(dǎo)致基體受熱不均勻，溫度場(chǎng)梯度大，容易引起較大焊接殘余應(yīng)力及變形，堆接保護(hù)層易局部開裂甚至形成貫穿裂紋，導(dǎo)致保護(hù)涂層脫落。而且堆焊表面粗糙，機(jī)加工量大；噴焊鎳基合金提高耐磨性不高，噴焊鈷基合金成本較高，后處理難度較大，熱噴涂涂層厚度受到限制且噴涂高鎳鉻層和噴焊時(shí)涂層與基體均為機(jī)械結(jié)合，涂層致密度也有限。涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度不高，易造成脫落，壽命很短，只能在特定環(huán)境下對(duì)表面進(jìn)行修復(fù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明其目的就在于提供一種柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料及其制備方法，解決了金屬異形表面修復(fù)及易于施工等技術(shù)問題，具有生產(chǎn)效率高、操作設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝過程噪音小、可流水作業(yè)的特點(diǎn)，且制備的柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料致密度高、厚度可控且耐磨性好，可應(yīng)用于金屬表面的改性，如用于耐磨抗蝕涂層的制備。
[0005]實(shí)現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案，
一種柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料，包括金屬絲網(wǎng)層，所述金屬絲網(wǎng)層上下兩面設(shè)有金屬-陶瓷復(fù)合材料層，所述金屬-陶瓷復(fù)合材料層按重量份數(shù)包括骨料20-50份、填料30-50份、有機(jī)添加劑20-30份，所述金屬絲網(wǎng)層為孔徑0.5mmX0.5mm的細(xì)鋼絲網(wǎng)。
[0006]一種柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料的制備方法，包括步驟: (1)選料:選取重量份為20-50份的骨料、30-50份的填料；
(2)混合:將(I)中選取的物料充分混合均勻后，按重量份加入有機(jī)添加劑20-30份，高能球磨后過篩，制成漿料；
(3)成型:將(2)中制備的漿料在流延機(jī)中制成金屬-陶瓷復(fù)合材料生坯；
(4)滾壓:將(3)中制備的生坯與細(xì)鋼絲網(wǎng)貼合后，在滾壓機(jī)中滾壓成型至厚度，然后，在30°C ~35°C的真空干燥箱中保溫10~15分鐘，取出、切邊、收卷，制得柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料。
[0007]有益效果
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明涉及的柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料可貼覆于異形金屬表面用于改性處理，生產(chǎn)效率高，操作設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝過程噪音小、可流水作業(yè)，制備的柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料具有致密度高、厚度可控且耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，解決了異形表面修復(fù)及易于施工等技術(shù)難題，比開發(fā)、制造新材料具有更大的潛力。
【附圖說明】
[0009]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0010]圖1為本發(fā)明的柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料制備流程示意圖；
圖2為本發(fā)明的柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ] 一種柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料，包括金屬絲網(wǎng)層2，如圖2所示，所述金屬絲網(wǎng)層2上下兩面設(shè)有金屬-陶瓷復(fù)合材料層1，所述金屬-陶瓷復(fù)合材料層I按重量份數(shù)包括骨料20-50份、填料30-50份、有機(jī)添加劑20-30份，所述金屬絲網(wǎng)層2為孔徑0.5mmX0.5mm的細(xì)鋼絲網(wǎng)。
[0012]所述骨料為粒度25μ??~150μπι的WC、SiC、Α1203、BN或金剛石粉中的任意一種。
[0013]所述填料為粒度15 μ??~50 μ??的602、Ni 105、ZQCu6_6_3或其他金屬基預(yù)合金粉中的任意一種。
[0014]所述有機(jī)添加劑按重量份數(shù)包括溶劑10-25份、分散劑0.5-2份、粘結(jié)劑3_5份、增塑劑3-5份、消泡劑0.5-2份。
[0015]所述溶劑為無水乙醇、二甲苯和丁酮中的任意兩種按重量比1:1混合；所述分散劑為三油酸甘油酯、三乙醇胺、蓖麻油或超分散劑Hypermer KD-1中的任意一種；所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇縮丁醛PVB ;所述增塑劑為聚乙二醇PEG和丙三醇按重量百分比1:1混合物或鄰苯二甲酸二辛酯；所述消泡劑為有機(jī)硅消泡劑BYK-530。
[0016]一種柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料的制備方法，如圖1所示，包括步驟:
(1)選料:選取重量份為20-50份的骨料、30-50份的填料；
(2)混合:將(I)中選取的物料充分混合均勻后，按重量份加入有機(jī)添加劑20-30份，高能球磨后過篩，制成漿料；
(3)成型:將(2)中制備的漿料在流延機(jī)中制成金屬-陶瓷復(fù)合材料生坯；
(4)滾壓:將(3)中制備的生坯與細(xì)鋼絲網(wǎng)貼合后，在滾壓機(jī)中滾壓成型至厚度，然后，在30°C ~35°C的真空干燥箱中保溫10~15分鐘，取出、切邊、收卷，制得柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料。
[0017]本發(fā)明涉及的柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料可貼覆于異形金屬表面用于改性處理，可根據(jù)涂層要求設(shè)計(jì)不同成分及厚度的柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料，利用其柔韌性，可在各種形狀的金屬表面上制備涂層，包括平面、垂直面、曲面、折面、螺旋面等。涂層厚度可以準(zhǔn)確控制，成分設(shè)計(jì)自由度大，原材料的利用率高，剩余的材料可再利用，柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料邊緣整齊；同一工件可進(jìn)行選擇性涂層制備或多個(gè)表面同時(shí)進(jìn)行涂層制備；柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料還適合大批量生產(chǎn)，大大降低了生產(chǎn)成本。
[0018]本發(fā)明的新型柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料，包括骨料、填料、有機(jī)添加劑、細(xì)鋼絲網(wǎng)。按重量份數(shù)比加入骨料20-50份、填料30-50份、有機(jī)添加劑20-30份、孔徑為
0.5mm X 0.5mm的細(xì)鋼絲網(wǎng)。
[0019]所述的骨料選用粒度為25 μ??~150 μ??的WC、SiC、A1203、BN、金剛石粉中任意一種。
[0020]所述的填料選用粒度為15 μ??~50 μ??的602、Nil05、ZQCu6_6_3或其他金屬基預(yù)合金粉中的任意一種。
[0021]所述的有機(jī)添加劑由溶劑、分散劑、粘結(jié)劑、增塑劑、消泡劑組成，溶劑:10-25份；分散劑:0.5-2份；粘結(jié)劑:3-5份；增塑劑:3-5份；消泡劑:0.5-2份。
[0022]所述溶劑為無水乙醇、二甲苯和丁酮中任意兩種按重量比1:1混合。
[0023]所述分散劑為三油酸甘油酯、三乙醇胺、蓖麻油或超分散劑(Hypermer KD-1)中任意一種。
[0024]所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇縮丁醛(PVB )。
[0025]所述增塑劑為聚乙二醇(PEG)和丙三醇(重量百分比1:1)混合物或鄰苯二甲酸二辛酯(化學(xué)純)。
[0026]所述消泡劑為有機(jī)硅消泡劑(BYK-530)。
[0027]本發(fā)明的柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料可應(yīng)用于金屬表面改性。
[0028]具體應(yīng)用在于，可將本發(fā)明的柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料裁剪后與金屬表面貼合，通過感應(yīng)熔覆、熱壓燒結(jié)或滲透釬焊法制備涂層。該涂層具有高致密性、耐磨性等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于復(fù)雜表面、曲面、異形面和凹槽的防護(hù)和修復(fù)。
[0029]這種柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料的制備方法如下:
(1)選料:選取以下重量份的物質(zhì):骨料20-50份、填料30-50份；
(2)混合:將(I)中選取的物質(zhì)充分混合均勻后，按重量份加入有機(jī)添加劑20-30份，高能球磨后過篩，制成漿料；
(3)成型:將(2)中制備的漿料在流延機(jī)中制成金屬-陶瓷復(fù)合材料生坯。
[0030](4)滾壓:將(3)中制備的生坯與細(xì)鋼絲網(wǎng)貼合后，在滾壓機(jī)中滾壓成型至厚度。然后，在30°C ~35°C的真空干燥箱中保溫10~15分鐘，取出、切邊、收卷，制得柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料。
[0031]實(shí)施例1:
按重量比，取粒徑25 μ??~150 μ??的金剛石粉30份，15 μ??~50 μ??的602預(yù)合金粉40份；無水乙醇和二甲苯(重量百分比1:1，下同)共20份、三乙醇胺1.2份、PVB 4.2份、聚乙二醇(PEG)和丙三醇(1:1)共3.8份、有機(jī)硅消泡劑0.8份組成的有機(jī)添加劑。將金剛石粉與602預(yù)合金粉混合后加入有機(jī)添加劑在真空條件下高能球磨36h，過篩成漿料，將其在流延機(jī)中制成生坯，將制備好的生坯與細(xì)鋼絲網(wǎng)貼合，在滾壓機(jī)上滾壓成型，將其置于30°C真空干燥箱中保溫15分鐘，取出、切邊、收卷，制成柔性金屬-陶瓷復(fù)合材料。
[0032]實(shí)施例2:
按重量比，取粒徑25 μ m~150 μ m的Al203粉35份，15 μ m~50 μ m的602預(yù)合金粉40份；無水乙醇和丁酮(1:1)共15份、三乙醇胺I份、PVB 4份、聚乙二醇(PEG)和丙三醇(1:1)共4.2份、有機(jī)硅消泡劑0.8份組成的有機(jī)添加劑。將A1203粉與602預(yù)合金粉混合后加入有機(jī)添加劑在真空條件下高能球磨48h，過篩成漿料，將其在流延機(jī)中制成生坯，將制備好的生坯與細(xì)鋼絲網(wǎng)貼合，在滾壓機(jī)上滾壓成型，將其置于30°C真空干燥箱中保溫10分鐘，取出