本发明涉及一种表面涂覆材料，尤其涉及一种液相烧结法制备的钢结硬质合金覆层材料。
背景技术：
近年来我国钢结硬质合金的产量显著提升，其中一个重要原因是在冲击式破碎机用锤头上获得了大量应用。钢结硬质合金是以钢为粘结相，以硬质化合物作硬质相，通过粉末冶金工艺制备得到的一种铁基复合材料。它是介于硬质合金与合金工具钢之间的一种新型材料，兼有硬质合金的高强度、硬度和耐磨性，同时具有钢的可热处理性、可加工性、可锻性和可焊接性，填补了两者之间空白。
液相烧结源于粉末冶金，是指烧结过程中有液相与固相颗粒共同存在的烧结。此时烧结温度高于烧结体中低熔成分或低熔共晶的熔点低于高熔点成分的熔点。由于物质液相迁移比固相扩散要快得多，烧结体的致密化速度和最终密度均大大提高。有液相生成的烧结过程。又可分为两类：一类是在整个烧结过程中都有液相存在，另一类是在烧结后期液相消失。液相烧结过程可分为以下四个阶段：预备烧结阶段、收缩阶段、液相烧结、冷却阶段。小部分原料变为液体的烧结。在待烧结的合金粉(基相合金粉)中均匀混入熔点较低的适当合金粉(液相合金粉)，在烧结温度下，液相合金粉成为液态，可使烧结的致密化速度和最终制品的密度提高。
技术实现要素：
本发明的目的是为了改善硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种液相烧结法制备的钢结硬质合金覆层材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
液相烧结法制备的钢结硬质合金覆层材料的制备原料包括：wc、cr3c2、fe、co、ni粉末及q235钢。
液相烧结法制备的钢结硬质合金覆层材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨介质为无水乙醇，球磨时间为24h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为40℃。将基体q235钢进行磨削、酸洗、碱洗、超声波清洗处理，然后采用喷涂法制备钢结硬质合金覆层，烧结温度为1050℃，保温时间为20min。
液相烧结法制备的钢结硬质合金覆层材料的检测步骤为：硬度采用hd-187型布络维硬度计测定，抗弯强度采用instron69型电子万能材料试验机测定，微观组织结构采用s250型扫描电子显微镜进行观察和分析。
所述的液相烧结法制备的钢结硬质合金覆层材料，钢结硬质合金覆层材料的硬度远远大于q235钢基体的硬度，覆层既具有较高的硬度又具有良好的韧性。
所述的液相烧结法制备的钢结硬质合金覆层材料，碳元素添加量对硬质合金覆层的力学性能有一定的影响。覆层材料的抗弯强度随覆层中碳化物硬质相体积分数的增加而降低。粘结相则均匀地填充于硬质相颗粒周围，无明显缺陷存在，形成致密的组织结构。
所述的液相烧结法制备的钢结硬质合金覆层材料，覆层与钢基体之间冶金结合良好，其厚度分布均匀。
本发明的有益效果是：
采用wc、cr3c2、fe、co、ni粉末及q235钢为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、磨削、酸洗、碱洗、超声波清洗、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的钢结硬质合金覆层材料。其中，覆层具有优异的力学性能，其与基体冶金结合良好，厚度分布均匀。所制得的钢结硬质合金覆层材料，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的覆层材料提供一种新的生产工艺。
具体实施方式
实施案例1：
液相烧结法制备的钢结硬质合金覆层材料的制备原料包括：wc、cr3c2、fe、co、ni粉末及q235钢。液相烧结法制备的钢结硬质合金覆层材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨介质为无水乙醇，球磨时间为24h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为65min，干燥温度为55℃。将基体q235钢进行磨削、酸洗、碱洗、超声波清洗处理，然后采用喷涂法制备钢结硬质合金覆层，烧结温度为1245℃，保温时间为35min。液相烧结法制备的钢结硬质合金覆层材料的检测步骤为：硬度采用hd-187型布络维硬度计测定，抗弯强度采用instron69型电子万能材料试验机测定，微观组织结构采用s250型扫描电子显微镜进行观察和分析。
实施案例2：
硬质合金覆层材料的硬度显著高于q235钢基体，洛氏硬度是q235钢的1.46~2.28倍，维氏硬度是q235钢的7.96～9.35倍。65/43、62/34、73/38三种覆层材料的硬度随覆层中碳化物硬质相体积分数的增加而增大。钢结硬质合金覆层材料的高硬度是因为覆层内wc、cr3c2碳化物硬质相的存在。在粘结相中均匀弥散分布的大量高硬碳化物硬质相颗粒主要承担了覆层所受的压力载荷，大幅度提高了覆层抵抗压力变形的能力。在真空液相烧结过程中，碳化物硬质相颗粒在液相表面张力的驱动下发生颗粒重排，覆层逐渐开始致密化，随着液相量的增多，一部分硬质相颗粒重新溶解于液相，并向晶粒非受压区迁移，然后在非受压固相表面再结晶，这一物质迁移使硬质相颗粒靠拢、接触，形成坚固的骨架，粘接相填充于骨架空隙，形成结构致密、无孔洞缺陷的硬质合金覆层。镍、钴等合金元素对粘结相起到了显著的合金强化作用，提高了粘结相的硬度，进而提高了覆层的硬度。高韧性的粘结相的存在又赋予覆层良好的韧性。覆层材料的硬度远远优越于q235钢基体。覆层抵抗压力变形的能力随着覆层中碳化物硬质相体积分数的增加而增强，覆层材料的硬度相应增加。
实施案例3：
q235钢的压痕面积最大，硬度最小；65/43、62/34、73/38三种覆层的压痕面积明显小于q235钢，说明硬度远远大于q235钢，压痕面积随碳化物硬质相体积分数的增加而减小。在钢结硬质合金覆层硬度压痕对角线尖端无扩展裂纹产生，说明覆层在具有较高硬度的同时又具有良好的韧性。
实施案例4：
采用三点弯曲法测定覆层材料的抗弯强度，跨距为35mm，加载速率为0.65mm/min。由于试样为双层复合结构，覆层与钢基体的弹性模量不同而形成不对称的组合梁，使弯曲中心发生变化。在不对称双层复合结构中，弹性模量失配引起中性轴位置的变化，当试样受到载荷作用抗弯变形时，界面两侧的应力并不连续，主要依靠弹性模量较大的钢结硬质合金覆层承受载荷。
实施案例5：
每种覆层材料抗弯强度测试采用6个试样，将测试值去掉一个最高值和一个最低值后取平均值。用钢结硬质合金对q235钢基体表层进行单面涂覆后，由于钢基体表面硬质覆层的存在，材料的抗弯强度发生了显著变化。当覆层主要承受压应力时，覆层的存在显著提高了覆层材料的抗弯强度；当覆层主要承受拉应力时，覆层的存在使覆层材料的抗弯强度有所降低。因此，覆层材料的断裂既不单是钢结硬质合金覆层的脆性断裂特征，也不单是钢材的屈服断裂特征，而是两种特征复合的断裂特征。同时，覆层材料的抗弯强度随覆层中碳化物硬质相体积分数的增加而降低。
实施案例6：
钢结硬质合金是一种介于陶瓷与高速钢之间的高性能结构材料，其强度特征为：具有极高的抗压强度，一般约为钢的2～3倍；具有较差的抗拉强度和冲击韧性，仅为模具钢的几分之一。覆层的破坏表现出比较明显的高硬脆性材料的断裂破坏特征。
实施案例7：
覆层材料中浅色的硬质相弥散分布于深色的粘结相中，硬质相体积百分含量远远大于粘结相，形成致密的组织结构，因此覆层材料表面具有良好的力学性能。覆层中硬质相与粘结相分布均匀，硬质相呈不规则的岛形块状分布，部分硬质相晶粒问出现粘连现象。1点处于硬质相，w元素比重较大，此点各元素的质量百分数为w58.46%、fe43.41%、cr5.34%、c3.45%；2点处于粘结相，fe元素比重较大，此点各元素的质量百分数为fe76.46%、co1.65%、ni1.72%、w6.33%、cr5.02%、c6.87%，硬质相中的元素与粘结相中的元素在硬质相与粘结相之间发生了相互扩散。
实施案例8：
覆层与钢基体之间并没有清晰地结合界面存在，而是形成了一定厚度的过渡层。该过渡层的形成是由于覆层和钢基体内各元素的浓度不同，覆层材料在液相烧结过程中，在高温液相驱动力和元素浓度梯度的共同作用下，覆层共晶液相中处于高浓度状态的w、cr、ni、co等元素穿越初始界面向钢基体表面扩散，而钢基体表面高浓度的fe元素向fe元素浓度低的共晶液相扩散，并产生具有一定厚度的共晶液相层，当覆层材料从高温冷却后，该液相层就固化成为覆层-钢基体之间的界面过渡层。过渡层的形成表明覆层与钢基体之间并不是简单的机械力结合，而是通过液相烧结形成了牢固的冶金结合，覆层与钢基体之间具有很高的结合强度。