專利名稱：一種基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及稀土陶瓷復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
利用表面工程技術(shù)方法，對金屬基體進(jìn)行表面改性加工，以提高或者改變其應(yīng)用工程性能，是目前普遍采用的技術(shù)方法，并在生產(chǎn)實踐中取得了很好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益，但在這些金屬表面改性技術(shù)中，存在著一些技術(shù)缺陷，如，生產(chǎn)工藝復(fù)雜、加工周期長、能源消耗大、適用范圍狹窄、加工成本高等，所以，在目前使用的金屬表面改性技術(shù)方法的基礎(chǔ)上， 運用復(fù)合材料可設(shè)計特性及其生成機理，在金屬基體上制造復(fù)合材料，探索和創(chuàng)新金屬表面改性技術(shù)，是非常迫切和必要的，也是表面工程技術(shù)發(fā)展的方向之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是針對目前金屬表面改性技術(shù)存在的上述技術(shù)缺陷，提供一種基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料及方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料，它是一種 VC-Nb-RE-Fe-C結(jié)構(gòu)的多元多相陶瓷晶體，其中VC是碳化釩化合物、Nb是金屬鈮元素、RE 是稀土元素、Fe是金屬鐵元素、C是碳元素，它與金屬基體結(jié)合的剖面形狀，是一種非規(guī)則的鋸齒相互咬合狀，并以一定厚度完全覆蓋于金屬基體表面之上。以上所述的基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料，所述金屬基體是經(jīng)過熱處理的各種鋼材成型件，可以是模具，也可以是管材，也可以是機械零件，也可以是工具，也可以是刀具，也可以是其他鋼材成型件，可以通稱為加工工件；本發(fā)明所述的基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料的制作方法是第一步，制作載體熔液制備，將制作載體粉末材料與稀土粉末材料均勻混合以后， 置入制作容器中加溫至600°C至800°C，在稀土元素的活化作用下，使制作載體粉末材料至熔融狀態(tài)，其中，制作載體粉末材料與稀土粉末材料的比例是98至92比2至8 ；第二步，復(fù)合材料熔液制備，將V2O5粉末材料、NbC粉末材料、稀土粉末材料分別加入至制作容器中，保持溫度60(TC至80(TC，直至V2O5粉末材料、NbC粉末材料、稀土粉末材料、氧還原粉末材料等，它們均勻地懸浮于制作載體熔液中，其中，V2O5粉末材料、NbC粉末材料、稀土粉末材料的比例是68至78比22至19比10至3 ；第三步，制作碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料，將經(jīng)過表面清潔處理的加工工件，完全置入到制作容器內(nèi)的混合熔液中，保持溫度600°C至800°C，保溫時間為2至6小時；第四步，后續(xù)處理，取出加工工件自然冷卻或進(jìn)行相關(guān)的熱處理操作，最后進(jìn)行表面拋光處理。在以上所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料的制作方法中，所述制作載體粉末材料，是僅作為所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料制作介質(zhì)，不參與其制作反應(yīng)的材料，可以是工業(yè)硼砂，也可以是工業(yè)硼砂與其他中性鹽的混合物，也可以是其他可以作為所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料制作介質(zhì)的其他材料；所述制作容器為特殊耐熱合金材料制作，一般為圓桶形，外壁有發(fā)熱電阻帶和保溫材料外殼，可以內(nèi)置攪拌裝置。所述稀土粉末材料，是富含重稀土元素的氧化物粉末，可以是三氧化二釔IO3粉末材料，也可以是三氧化二鈧^2O3粉末材料，也可以是富含其他重稀土元素的氧化物粉末材料；所述氧還原粉末材料，是所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料制作過程中，對氧進(jìn)行還原的輔助材料，可以是金屬鋁粉末材料，也可以是其他氧還原劑粉末材料；所述各種材料的比例、控制溫度、保溫時間等，是依據(jù)所述金屬基體材料的結(jié)構(gòu)和組織狀況，考慮后續(xù)使用的工況及制作所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料的目標(biāo)厚度、性能需求等參數(shù)事先設(shè)計的；本發(fā)明的技術(shù)思路是，利用釩、鈮等金屬元素能夠與鐵、碳及稀土元素，混合反應(yīng)生成一種新型陶瓷材料的化學(xué)特性，同時利用釩、鈮等金屬元素，在一定溫度條件下，能夠析出含碳鋼材中的碳、鐵元素，并按一定的規(guī)律與析出反向擴散，與碳、鐵、稀土等元素，在部分改變含碳鋼材機械與加工性能的基礎(chǔ)上，在含碳鋼材的表面能夠生成一種新陶瓷材料的工藝特性，采用工藝載體熔液作為加工介質(zhì)、在其中以釩的氧化物為主要材料、以碳化鈮為添加劑，以稀土元素作為催滲劑、以含碳鋼材為基體，在一定溫度條件下，在含碳鋼材基體表面制造一種碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料。本發(fā)明所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料及方法的有益效果是，利用通過在金屬基體表面制造碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料，在保證金屬基體不變形的前提下，可以大幅度的提高金屬基體表面的硬度、強度、抗沖擊性、耐腐蝕性、耐高溫性、自潤滑性、耐氧化性等機械和化學(xué)性能，而且生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備簡單，生產(chǎn)工藝溫度低，生產(chǎn)周期短， 能耗少，適用于多種金屬工件加工生產(chǎn)，生產(chǎn)成本低廉，具有明顯的新穎性和實用性及經(jīng)濟(jì)性，可以大面積推廣應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料的制作工藝流程示意圖。
具體實施例方式實施例1 一種基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料，它是一種VC-Nb-RE-Fe-C結(jié)構(gòu)的多元多相陶瓷晶體，其中VC是碳化釩化合物、Nb是金屬鈮元素、RE是稀土元素、Fe是金屬鐵元素、C是碳元素，它與金屬基體結(jié)合的剖面形狀，是一種非規(guī)則的鋸齒相互咬合狀，并以一定厚度完全覆蓋于金屬基體表面之上。以上所述的基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料，所述金屬基體是經(jīng)過熱處理的鋼板沖壓模具，其材料是Crl2MolV，沖壓板料較厚 3. 5mm,板材是590MPa級別的高張力鋼板；本發(fā)明所述的基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料的制作方法是
第一步，制作載體熔液制備，將制作載體粉末材料與稀土粉末材料均勻混合以后， 置入制作容器中加溫至600°C至800°C，在稀土元素的活化作用下，使制作載體粉末材料至熔融狀態(tài)，其中，制作載體粉末材料與稀土粉末材料的比例是96比4 ；第二步，復(fù)合材料熔液制備，將V2O5粉末材料、NbC粉末材料、稀土粉末材料分別加入至制作容器中，保持溫度60(TC至80(TC，直至V2O5粉末材料、NbC粉末材料、稀土粉末材料、氧還原粉末材料等，它們均勻地懸浮于制作載體熔液中，其中，V2O5粉末材料、NbC粉末材料、稀土粉末材料的比例是75比19比6 ；第三步，制作碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料，將經(jīng)過表面清潔處理的鋼板沖壓模具，完全置入到制作容器內(nèi)的混合熔液中，保持溫度600°C至800°C，保溫時間為4小時；第四步，后續(xù)處理，取出鋼板沖壓模具自然冷卻或進(jìn)行相關(guān)的熱處理操作，最后進(jìn)行表面拋光處理。在以上所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料的制作方法中，所述制作載體粉末材料，是僅作為所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料制作介質(zhì)，不參與其制作反應(yīng)的材料，可以是工業(yè)硼砂，或工業(yè)硼砂與其他中性鹽的混合物，也可以是其他可以作為所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料制作介質(zhì)的其他材料；所述制作容器為特殊耐熱合金材料制作，一般為圓桶形，外壁有發(fā)熱電阻帶和保溫材料外殼，可以內(nèi)置攪拌裝置。所述稀土粉末材料是三氧化二釔IO3粉末材料，也可以是三氧化二鈧^2O3粉末材料，也可以是富含其他重稀土元素的氧化物粉末材料；所述氧還原粉末材料，是所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料制作過程中，對氧進(jìn)行還原的輔助材料，是金屬鋁粉末材料，也可以是其他氧還原劑粉末材料；所述各種材料的比例、控制溫度、保溫時間等，是依據(jù)所述鋼板沖壓模具材料的結(jié)構(gòu)和組織狀況，考慮后續(xù)使用的工況及制作所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料的目標(biāo)厚度、性能需求等參數(shù)事先設(shè)計的。實施例2 一種基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料，它是一種VC-Nb-RE-Fe-C結(jié)構(gòu)的多元多相陶瓷晶體，其中VC是碳化釩化合物、Nb是金屬鈮元素、RE是稀土元素、Fe是金屬鐵元素、C是碳元素，它與金屬基體結(jié)合的剖面形狀，是一種非規(guī)則的鋸齒相互咬合狀，并以一定厚度完全覆蓋于金屬基體表面之上。以上所述的基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料，所述金屬基體是汽車發(fā)動機缸體壓鑄鑄銷零件，其材料是4Cr5MoSiVl，在此稱為壓鑄鑄銷件；本發(fā)明所述的基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料的制作方法是第一步，制作載體熔液制備，將制作載體粉末材料與稀土粉末材料均勻混合以后， 置入制作容器中加溫至600°C至800°C，在稀土元素的活化作用下，使制作載體粉末材料至熔融狀態(tài)，其中，制作載體粉末材料與稀土粉末材料的比例是94比6 ；第二步，復(fù)合材料熔液制備，將V2O5粉末材料、NbC粉末材料、稀土粉末材料分別加入至制作容器中，保持溫度60(TC至80(TC，直至V2O5粉末材料、NbC粉末材料、稀土粉末材料、氧還原粉末材料等，它們均勻地懸浮于制作載體熔液中，其中，V2O5粉末材料、NbC粉末材料、稀土粉末材料的比例是71比21比8 ；
第三步，制作碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料，將所述壓鑄鑄銷件，完全置入到制作容器內(nèi)的混合熔液中，保持溫度600°C至800°C，保溫時間為2. 5小時；第四步，后續(xù)處理，取出壓鑄鑄銷件自然冷卻或進(jìn)行相關(guān)的熱處理操作，最后進(jìn)行表面拋光處理。在以上所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料的制作方法中，所述制作載體粉末材料，是僅作為所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料制作介質(zhì)，不參與其制作反應(yīng)的材料，可以是工業(yè)硼砂，也可以是工業(yè)硼砂與其他中性鹽的混合物，也可以是其他可以作為所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料制作介質(zhì)的其他材料；所述制作容器為特殊耐熱合金材料制作，一般為圓桶形，外壁有發(fā)熱電阻帶和保溫材料外殼，可以內(nèi)置攪拌裝置。所述稀土粉末材料是三氧化二釔IO3粉末材料，也可以是三氧化二鈧^2O3粉末材料，也可以是富含其他重稀土元素的氧化物粉末材料；所述氧還原粉末材料，是所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料制作過程中，對氧進(jìn)行還原的輔助材料，是金屬鋁粉末材料，也可以是其他氧還原劑粉末材料；所述各種材料的比例、控制溫度、保溫時間等，是依據(jù)所述壓鑄鑄銷件材料的結(jié)構(gòu)和組織狀況，考慮后續(xù)使用的工況及制作所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料的目標(biāo)厚度、性能需求等參數(shù)事先設(shè)計的。以上所述僅為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，依據(jù)本發(fā)明所揭露的技術(shù)方法，進(jìn)行簡單變化與替換，均屬于本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料，其特征在于，一種VC-Nb-RE-Fe-C 結(jié)構(gòu)的多元多相陶瓷晶體，其中VC是碳化釩化合物、Nb是金屬鈮元素、RE是稀土元素、Fe 是金屬鐵元素、C是碳元素，它與金屬基體結(jié)合的剖面形狀，是一種非規(guī)則的鋸齒相互咬合狀，并以一定厚度完全覆蓋于金屬基體表面之上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料，其特征在于，所述金屬基體是經(jīng)過熱處理的各種鋼材成型件，可以是模具，也可以是管材，也可以是機械零件，也可以是工具，也可以是刀具，也可以是其他鋼材成型件，可以通稱為加工工件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料，其特征在于，所述的基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料的制作方法是第一步，制作載體熔液制備，將制作載體粉末材料與稀土粉末材料均勻混合以后，置入加工容器中加溫至600°C至800°C，在稀土元素的活化作用下，使制作載體粉末材料至熔融狀態(tài)，其中，制作載體粉末材料與稀土粉末材料的比例是98至92比2至8 ；第二步，復(fù)合材料熔液制備，將V2O5粉末材料、NbC粉末材料、稀土粉末材料分別加入至制作容器中，保持溫度60(TC至80(TC，直至V2O5粉末材料、NbC粉末材料、稀土粉末材料、氧還原粉末材料等，它們均勻地懸浮于加工載體熔液中，其中，V2O5粉末材料、NbC粉末材料、 稀土粉末材料的比例是68至78比22至19比10至3 ；第三步，制作碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料，將經(jīng)過表面清潔處理的加工工件，完全置入到制作容器內(nèi)的混合熔液中，保持溫度600°C至800°C，保溫時間為2至6小時；第四步，后續(xù)處理，取出加工工件自然冷卻或經(jīng)行相關(guān)的熱處理操作，最后進(jìn)行表面拋光處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料的制作方法中，所述制作載體粉末材料，是僅作為所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料制作介質(zhì)，不參與其制作反應(yīng)的材料，可以是工業(yè)硼砂，也可以是工業(yè)硼砂與其他中性鹽的混合物，也可以是其他可以作為所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料制作介質(zhì)的其他材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料的制作方法中，所述制作容器為特殊耐熱合金材料制作，一般為圓桶形，外壁有發(fā)熱電阻帶和保溫材料外殼，可以內(nèi)置攪拌裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料的制作方法中，所述稀土粉末材料，是富含重稀土元素的氧化物粉末，可以是三氧化二釔IO3粉末材料，也可以是三氧化二鈧^2O3粉末材料，也可以是富含其他重稀土元素的氧化物粉末材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料的制作方法中，所述氧還原粉末材料，是所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料制作過程中，對氧進(jìn)行還原的輔助材料，可以是金屬鋁粉末材料，也可以是其他氧還原劑粉末材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料的制作方法中，所述各種材料的比例、控制溫度、保溫時間等，是依據(jù)所述金屬基體材料的結(jié)構(gòu)和組織狀況，考慮后續(xù)使用的工況及制作所述基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料的目標(biāo)厚度、性能需求等參數(shù)事先設(shè)計的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于金屬基體的碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料及制作方法，它是一種VC-Nb-RE-Fe-C結(jié)構(gòu)的多元多相陶瓷晶體，其中VC是碳化釩化合物、Nb是金屬鈮元素、RE是稀土元素、Fe是金屬鐵元素、C是碳元素，它與金屬基體結(jié)合的剖面形狀，是一種非規(guī)則的鋸齒相互咬合狀，并以一定厚度完全覆蓋于金屬基體表面之上，其制作方法是，第一步制備制作載體熔液，第二步制備復(fù)合材料熔液，第三步制作碳化釩稀土陶瓷復(fù)合材料，第四步后續(xù)處理。
文檔編號B32B18/00GK102350824SQ201110246670
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者周曉華, 廖用鐵, 戴長安, 曲勃, 朱喆, 李滿才, 楊麗琳, 王雅萍, 趙鳳松, 金浩星, 閆小瑞 申請人:深圳市和勝金屬技術(shù)有限公司