一种高合金基体金属陶瓷复合材料及其制备方法与流程

本发明属于耐磨材料技术领域，具体涉及一种高合金基体金属陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术和现代工业的飞速发展，耐磨材料在工业领域的应用越来越广泛。因为金属材料磨损每年所造成的经济损失相当惊人，所以耐磨材料一直是金属学领域研究的重点方向之一。

高锰钢是应用较早的耐磨材料，其在铸态组织中的碳化物沿晶界析出，经水韧理后，碳化物溶于奥氏体中成为单相奥氏体组织，具有良好的硬度和冲击韧性。但是，高锰钢在使用时需要发生一定的塑性变形后才能够产生明显的相变强化和加工硬化，而有些耐磨部件在使用过程中冲击变形小，其耐磨性不足以发挥。

高铬铸铁一般泛指cr含量在11～30％之间，c含量在2.0～3.6％之间的铬系白口铸铁，其具有优良的耐磨性能。由于cr元素的大量加入，使得高铬铸铁中的m3c型碳化物变成m7c3型碳化物，这种高硬度合金碳化物进一步提高了高铬铸铁的耐磨性，但这种耐磨材料在高耐磨工况条件下仍不能满足使用要求。

近年来，在高锰、高铬耐磨材料研究的基础上，继而开发了多种高合金耐磨材料，主要添加的合金元素为w、cr、v、mn、mo和co等碳化物形成元素，合金元素总量≥10％，如耐磨高速钢等。相关研究显示，在同样的磨损条件下，高合金耐磨材料的耐磨性是高锰钢的11倍，是高铬铸铁的3～5倍。

陶瓷颗粒增强铁基复合材料是近几年来国内外耐磨材料研究的热点之一，增强相的加入使得复合材料兼具了基体材料的高韧性与陶瓷颗粒的高耐磨性。国内外学者使用外加的zta陶瓷颗粒制备具有多孔形状的预制体后，利用无压浸渗法制得了以高铬铸铁为基体的zta增强复合材料，通过三体磨损后zta(55～60％zro2)-高铬铸铁的耐磨性是高铬铸铁基体的5.9倍；有学者采用负压铸渗工艺，以sic陶瓷为增强体，q235钢为基体成功制备了sic增强钢基表面复合材料，此复合材料在45°冲蚀角下的冲蚀磨损性能为q235钢的4.03倍。

对于陶瓷颗粒增强铁基复合材料的制备方法现如今多集中于铸渗法、粉末冶金法、熔体浸渗法、原位复合法。以上制备方法中存在制备过程中相关的工艺参数不易控制、增强相与金属基体不足以形成有效冶金结合、冶金结合区宽度有限、存在气孔、夹渣等诸多缺陷。如前所述，高合金耐磨材料具有更为优异的耐磨性能，如将陶瓷颗粒均匀的分布于其中，制备成高合金基体金属陶瓷复合材料，其耐磨性将较现有金属陶瓷耐磨材料大幅度提升。此种复合材料在工业生产中将有广泛的应用前景，但目前采用上述方法均无法制备高合金基体金属陶瓷复合材料。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种高合金基体金属陶瓷复合材料及其制备方法，其基体材料采用高合金基体，增强相为金属陶瓷增强颗粒，其制备方法采用程序控温液相烧结法。通过精确控制升温降温速度、加热温度、保温时间，同时对复合层的厚度也可以按工作需要进行调控。所制备的复合材料致密度较高，其增强相体积分数控制在10～50％之间，液相烧结粉末与增强颗粒混合液相烧结方式，有效地降低了制备过程中的生产成本且工艺简单。通过对组织性能、界面冶金结合宽度和力学性能的分析更好的完成对制备工艺参数的优化。

采用本发明的制备方法得到的高合金基体金属陶瓷复合材料为一种具有高耐磨性能，高使用寿命，优异的机械性能及耐高温能力，可广泛使于恶劣环境下的耐磨工作领域范畴。

本发明的一种高合金基体金属陶瓷复合材料，基体为高合金基体材料，增强相为金属陶瓷增强颗粒；其中，按体积比，高合金基体材料：金属陶瓷增强颗粒＝(1～10)：1；

所述的高合金基体材料中，c元素的质量百分比为：1～8％；所包含的主合金元素质量百分比分别为：ni：0～60％、mo：0～60％、cr：0～40％、mn：0～30％、v：0～20％、ti：0～20％、w：0～15％、nb：0～15％；微量添加元素为b、si、zr、cu、co、al和稀土中的一种或几种；余量为fe及不可避免的杂质。

所述的主合金元素种类至少包括3种及以上，且其中至少有2种主合金元素的质量百分比≥4％。

微量添加元素的总质量百分比≤2％。

所述的高合金基体材料的粒径范围为60～400目。

所述的高合金基体金属陶瓷复合材料中，所述的金属陶瓷增强颗粒为氧化物陶瓷颗粒、碳化物陶瓷颗粒和或氮化物陶瓷颗粒中的一种或几种混合，其平均粒径范围为0.1～5mm；

所述的氧化物陶瓷颗粒为：白刚玉颗粒、棕刚玉颗粒或zro2-al2o3颗粒(zta)中的一种或几种；

所述的碳化物陶瓷颗粒为：wc颗粒、sic颗粒、tic颗粒、vc颗粒、b4c颗粒、mo2c颗粒、zrc颗粒、cr3c2颗粒或cr7c3颗粒中的一种或几种；

所述的氮化物陶瓷颗粒为：si3n4颗粒、bn颗粒、aln颗粒或tin颗粒中的一种或几种。

其中，本发明制备的高合金基体金属陶瓷复合材料，增强相金属陶瓷增强颗粒与高合金基体发生冶金结合，其界面过渡区厚度为10μm～1mm。

经测试，以程序控温液相烧结法制备的高合金基体金属陶瓷复合材料，基体硬度≥600hv，优选为600～1050hv；高合金基体和金属陶瓷增强颗粒的界面硬度≥850hv，优选为850～1450hv；金属陶瓷增强颗粒硬度≥1500hv，优选为1500～2400hv。

本发明的高合金基体金属陶瓷复合材料为四方体、圆柱体、六边棱柱体或各种不规则形状的烧结块体。

本发明的一种高合金基体金属陶瓷复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，金属陶瓷增强颗粒的选取与预处理：

(1)根据所要制备的高合金基体金属陶瓷复合材料，称量金属陶瓷增强颗粒；

(2)去除金属陶瓷增强颗粒表面的杂质，烘干，得到预处理后的金属陶瓷增强颗粒；

步骤2，高合金基体金属陶瓷复合材料的制备

(1)按照配比，称量原料，将预处理后的金属陶瓷增强颗粒、高合金基体材料、粘结剂，按实际工件尺寸进行混粉，混合均匀，得到混合后的物料；其中，按体积比，预处理后的金属陶瓷增强颗粒：高合金基体材料＝1:(1～10)；

(2)将混合后的物料放入坩埚中，再置于气氛保护炉中，采用程序控温液相烧结法进行预烧结，得到高耐磨高合金基体金属陶瓷复合材料，其形状可依使用需求调节；

所述的程序控温液相烧结法，具体为：气氛保护炉为惰性气体气氛保护炉，烧结工艺为：以1～10℃/min速度升温至800～900℃，保温30～60min；以1～6℃/min速度升温至1150～1650℃，保温3～20h，之后随炉冷却；

通过上述程序控温液相烧结法制备高合金基体金属陶瓷复合材料，可直接用于工业耐磨领域，也可通过后续热处理提升其性能，用于指定耐磨部件。

所述的后续热处理，具体为：

步骤3，高合金基体金属陶瓷复合材料热处理

i：退火

对高合金基体金属陶瓷复合材料进行高温扩散退火处理，空冷，得到退火后的高合金基体金属陶瓷复合材料；其中，退火温度为500～1300℃，退火时间为8～20h；

ii：淬火

对退火后的高合金基体金属陶瓷复合材料进行淬火处理，得到淬火后的复合材料；其中，淬火温度为850～1100℃，保温时间为9～20h；

iii：回火

对淬火后的复合材料进行回火处理，得到热处理后的高合金基体金属陶瓷复合材料；其中，回火温度为350～650℃，保温9～20h。

所述的步骤1(2)中，去除金属陶瓷增强颗粒杂质的方式为：将金属陶瓷增强颗粒进行清洗，具体为：

将金属陶瓷增强颗粒放入乙醇中清洗，放入超声波振荡30～40min后烘干待用，其陶瓷颗粒的平均粒径范围为0.1～5mm。

所述的步骤2(1)中，所述的粘结剂为水玻璃(硅酸钠)、pva(聚乙烯醇)、pam(聚丙烯酰胺)或酚醛树脂中的一种或几种，其中，粘结剂的总量为金属陶瓷增强颗粒总质量的5％～15％。

所述的步骤2(2)中，所述的惰性气体气氛保护为先抽真空，然后通入氮气、氩气、氢气或分解氨气中的一种或几种，形成无氧气氛保护。

本发明的一种高合金基体金属陶瓷复合材料，采用上述制备方法得到。

本发明的高合金基体金属陶瓷复合材料采用程序控温液相烧结法制备，制备的高合金基体金属陶瓷复合材料，经后续热处理后，其耐磨材料整体性能得到提升，且其金属陶瓷增强相与高合金基体的冶金结合界面可达到10μm～1mm，高合金基体金属陶瓷复合材料内部无孔洞、偏析、裂纹等缺陷。

本发明采用程序控温液相烧结法制备的高合金基体金属陶瓷复合材料中，金属陶瓷增强颗粒与高合金基体材料界面为明显的冶金结合，整体热处理后末发现裂纹的产生，该高合金基体金属陶瓷复合材料符合耐磨材料领域的使用条件。

本发明的高合金基体金属陶瓷复合材料，应用于衬板、辊套、立磨及特殊部件或特殊形状的耐磨部件，其应用的耐磨部件中，设置有增韧基底，所述的增韧基底为低碳钢或低合金钢。

所述的低碳钢或低合金钢，其韧性为15～100j/cm²，具体优选为q235钢、20钢、20cr钢、40cr钢、40crmo钢、42crmov钢、40钢或45钢中的一种。

本发明的高合金基体金属陶瓷复合材料应用于衬板、辊套、立磨及特殊部件或特殊形状的耐磨部件，其应用方法为：采用增韧部分设置为预置的低碳钢块体或预制的低合金钢块体作为基底，工作区为压实的高合金基体金属陶瓷复合材料的原料，然后共同进行程序控温液相烧结，再整体进行热处理。

本发明一种高合金基体金属陶瓷复合材料及其制备方法，和现有技术相比，具有如下特点：

(1)本发明制备的高合金基体金属陶瓷复合材料其制备工艺简单、易于操作、便于工业化大规模生产；

(2)本发明制备的高合金基体金属陶瓷复合材料中增强相金属陶瓷增强颗粒与高合金基体材料的比例为1:(1～10)，可根据实际需要调整金属陶瓷增强颗粒的体积分数与增强区域厚度，且金属陶瓷增强颗粒均匀分布；

(3)本发明采用高合金耐磨材料作为基体材料，有效的发挥了其基体材料的耐磨性，且其具有工艺成熟、价格便宜等优势；通过金属陶瓷增强颗粒的增强，可阻碍基体材料的塑性变形，使实际工件具有更长的服役时间；基体材料成分可有效的与金属陶瓷增强颗粒产生界面反应，达到了冶金界面结合的效果；

(4)本发明采用液相烧结法制备高合金基体金属陶瓷复合材料，其金属陶瓷增强颗粒与高合金基体材料之间有界面宽度可达10μm～1mm，产生了有效的冶金结合区；同时程序控温液相烧结法通过控温液相烧结与长时间保温，使得高合金基体与颗粒之间发生了化学反应、扩散、流动、晶粒长大等物理化学变化，使颗粒之间充分接触，在无外压的情况下，毛细作用使得材料收缩更加致密，晶粒尺寸可以通过调节液相烧结的参数来调节控制，便于优化组织结构，所得的高合金基体金属陶瓷复合材料样品致密度、延伸率高，可应用于恶劣环境下的耐磨领域。

(5)本发明通过程序控温液相烧结法制备的高合金基体金属陶瓷复合材料的界面为冶金结合，在整体热处理后，其耐磨复合材料的机械性能、冲击韧性提升，其耐磨性是传统耐磨材料的2～10倍，可广泛应用于耐磨材料领域。

(6)本发明制备的高合金基体金属陶瓷复合材料其耐磨区域厚度可有效调节，其厚度范围为整体耐磨材料的(1/10～1)。

附图说明

图1本发明实施例中高合金基体金属陶瓷复合材料示意图；

(1)为四边形高合金基体金属陶瓷复合材料；

(2)为圆柱形高合金基体金属陶瓷复合材料；

(3)为六边棱柱体高合金基体金属陶瓷复合材料；

图2为本发明实施例1中低碳钢增韧的圆柱形高合金基体金属陶瓷复合材料；

图3为本发明实施例2中的高耐磨镶嵌辊套示意图；其中：(a)为高耐磨镶嵌辊套示意图；(b)为高耐磨辊套外表面镶嵌块体；

图4为本发明实施例3中制备的耐磨部件，其中，耐磨部件的工作区厚度为整体厚度1/3，工作区为高合金基体金属陶瓷复合材料；

图5为本发明实施例4中的高耐磨复合衬板示意图；其中：(c)为高耐磨复合衬板示意图；(d)为高耐磨复合衬板横向剖视图；

图6为本发明实施例5中的高合金基体金属陶瓷复合材料高合金基体材料和金属陶瓷增强颗粒的分布电子探针图；

图7为本发明实施例6中的高合金基体金属陶瓷复合材料界面处sem图。

附图中，1为四边形高合金基体金属陶瓷复合材料，2为圆柱形高合金基体金属陶瓷复合材料，3为六边棱柱体高合金基体金属陶瓷复合材料，4为圆柱形高合金基体金属陶瓷复合材料，5为圆柱形高韧性金属基底，6为高耐磨镶嵌辊套，7为高耐磨辊套外表面镶嵌块体，8为高耐磨辊套外表面镶嵌块体工作区的高合金基体金属陶瓷复合材料，9为高耐磨辊套外表面镶嵌块体中高合金金属材料，10为高耐磨辊套外表面镶嵌块体中高韧性金属基底，11为四边形高合金基体高合金基体金属陶瓷复合材料，为整体厚度的1/3，12为四边形高韧性金属基底，13为高耐磨复合衬板，14为高耐磨复合衬板中高合金基体金属陶瓷复合材料，15为高耐磨复合衬板的高合金基体材料，16为高耐磨复合衬板的高韧性金属基底。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

以下实施例中，高合金基体金属陶瓷复合材料为四方体、圆柱体、六边棱柱体或各种不规则形状的烧结块体，见图1，其中，1为四边形高合金基体金属陶瓷复合材料，2为圆柱形高合金基体金属陶瓷复合材料，3为六边棱柱体高合金基体金属陶瓷复合材料。

实施例1

一种高合金基体金属陶瓷复合材料，可用于制备特定耐磨部件，耐磨部件的工作区厚度，即高合金基体金属陶瓷复合材料厚度，为整体部件厚度的3/4。

所述的高合金基体金属陶瓷复合材料是以圆柱形高韧性金属基底5为增韧区，工作区为圆柱形高合金基体金属陶瓷复合材料4；其结构示意图见图2。

其中，圆柱形高合金基体金属陶瓷复合材料4，包括金属陶瓷增强颗粒和高合金基体材料，其中，金属陶瓷增强颗粒为白钢玉颗粒+sic颗粒，作为增强相，按体积比，金属陶瓷增强颗粒：高合金基体材料＝1:1。

所述的高合金基体金属陶瓷复合材料中，高合金基体材料含有的成分及各个成分的质量百分比为：c：3％、v:1％、mn:5％、ti:20％、nb:2％、cu：0.1％，余量为fe及不可避免的杂质，其粒径为100目。

所述的金属陶瓷增强颗粒中，白刚玉颗粒，其化学成分为al2o3：99wt.％以上，含有少量的氧化铁、氧化硅等及不可避免的杂质；

所述的金属陶瓷增强颗粒中，sic颗粒，平均粒径为0.1mm。其中，按质量比，白钢玉颗粒：sic颗粒＝2:1。

所述的圆柱形高韧性金属基底5为q235钢，其化学成分及各个成分的质量百分比为：c：0.20％，mn:1.3％、si:0.2％、p:0.035％、s:0.03％，余量为铁及不可避免的杂质。

一种程序控温液相烧结法制备高合金基体金属陶瓷复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，金属陶瓷增强颗粒的选取与预处理：

(1)实施例2中所选取的金属陶瓷增强颗料为白钢玉颗粒+sic颗粒，其质量比为白钢玉颗粒：sic颗粒＝1:1；

(2)将白钢玉颗粒、sic颗粒放入乙醇中清洗，放入超声波振荡30min后烘干待用，其白刚玉颗粒粒径为0.1～0.3mm，sic颗粒其粒径为1～3mm；

步骤2，高合金基体金属陶瓷复合材料的制备

(1)按照配比，称量原料，将预处理后的金属陶瓷增强颗粒白钢玉颗粒+sic颗粒、和占陶瓷颗粒总质量的15％的pva混合均匀，其混合后的颗粒与高合金基体材料放入混粉机中进行混粉，混合均匀，得到混合后的物料；其中，按体积比，混合后的白钢玉颗粒+sic颗粒：高合金粉末＝1:1；

(2)将圆柱形高韧性金属基底7的韧性基底块q235钢放入坩埚(φ60mm×80mm)底部，再将混合好的高合金基体材料与金属陶瓷增强颗粒放在基底块上部，踏实后置于气氛保护炉中，气氛保护炉为氩气气氛保护炉，气氛保护炉的烧结工艺为：以10℃/min速度升温至900℃，保温60min；以6℃/min速度升温至1500℃，保温4h后随炉冷却，所制备出的耐磨部件如图2所示。

步骤3，高合金基体金属陶瓷复合材料整体热处理

i：退火

对高合金基体金属陶瓷复合材料进行高温扩散退火处理，空冷，得到退火后的高合金基体金属陶瓷复合材料；其中，退火温度为1300℃，退火时间为8h；

ii：淬火

对退火后的高合金基体金属陶瓷复合材料进行淬火处理，得到淬火后的复合材料；其中，淬火温度为1100℃，保温时间为12h；

iii：回火

对淬火后的复合材料进行回火处理，得到热处理后的高合金基体金属陶瓷复合材料；其中，回火温度为550℃，保温12h。

经测试，以上述方法制得的高合金基体金属陶瓷复合材料基体硬度600hv，金属基体材料和金属陶瓷增强颗粒的界面硬度850hv，金属陶瓷增强颗粒硬度1550hv；韧性基底的冲击韧性为60j/cm²，基底硬度为360hv。经此方法制备的高合金基体金属陶瓷复合材料的整体复合效果较好，金属基体与金属陶瓷增强颗粒的界面宽度为100μm，sic/钢表面复合材料复合层组织为sic粒子、钢基体和石墨，sic颗子分布均匀，此界面反应层的形成改善了sic颗粒与钢基体的结合强度；白钢玉颗粒弥散分布于基体中，通过程序控温液相烧结法制备的复合材料中，白刚玉颗粒与钢基体界面处的反应物为复杂的氧化物相，因此，耐磨材料的耐磨性和抗疲劳性能良好，大幅度降低了复合材料制备的生产成本。

实施例2

一种高合金基体金属陶瓷复合材料，其用于制备高耐磨镶嵌辊套，其结构示意图见图3(a)，高耐磨镶嵌辊套工作区，即高耐磨辊套外表面镶嵌块体厚度为整体高耐磨镶嵌辊套厚度的1/2。

所述的高耐磨镶嵌辊套6的工作区为高耐磨辊套外表面镶嵌块体7；

高耐磨辊套外表面镶嵌块体7包括高合金基体金属陶瓷复合材料8、高合金金属材料9，和高韧性金属基底10；高耐磨辊套外表面镶嵌块体7的结构示意图见图3(b)；

其中，高耐磨辊套外表面镶嵌块体7内的高合金基体金属陶瓷复合材料8，包括金属陶瓷增强颗粒和高合金基体材料，其中，金属陶瓷增强颗粒为棕钢玉颗粒+tic颗粒作为增强相，按体积比，金属陶瓷增强颗粒：高合金基体材料＝1:2.5。

所述的高合金基体金属陶瓷复合材料中，高合金基体材料含有的成分及各个成分的质量百分比为：c：2％、mo:6％、cr:40％、nb:1.0％、稀土:1％，余量为fe及不可避免的杂质。

所述的金属陶瓷增强颗粒中，棕钢玉颗粒，其化学成分为al2o3：95wt.％以上，含有少量的氧、硅、钛等及不可避免的杂质；

所述的金属陶瓷增强颗粒中，tic颗粒，其平均粒径为0.1～0.3mm。其中，按质量比，棕钢玉颗粒：tic颗粒＝2:1。

所述的高合金金属材料9含有的成分及各个成分的质量百分比为：c：2％、mo:6％、cr:40％、稀土：1％，nb:1.0％，余量为fe及不可避免的杂质；其成分同高合金金属陶瓷复合材料中的高合金基体材料。

所述的高韧性金属基底10为40钢，其化学成分及各个成分的质量百分比为：c：0.40％，，余量为铁及不可避免的杂质。

一种程序控温液相烧结法制备高合金基体金属陶瓷复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，金属陶瓷增强颗粒的选取与预处理：

(1)实施例1中所选取的金属陶瓷增强颗料为棕钢玉颗粒+tic颗粒；

(2)将棕钢玉颗粒、tic颗粒放入乙醇中清洗，放入超声波振荡35min后烘干待用，其棕钢玉粒径为1～3mm；tic颗粒为0.1～0.3mm；

步骤2，高耐磨辊套外表面镶嵌块体7的制备

(1)按照配比，称量原料，将预处理后的金属陶瓷增强颗粒棕钢玉颗粒+tic颗粒、占金属陶瓷增强颗粒总质量的12％的pam混合均匀，其混合后的颗粒与高合金基体材料放入混粉机中进行混粉，混合均匀，得到混合后的物料；其中，按体积比，混合后的颗粒棕钢玉颗粒+tic颗粒：高合金基体材料＝1:2.5；

(2)将高韧性金属基底10的韧性基底块40钢放入坩埚(特制)底部，将高合金金属材料9块体(其化学成分和本实施例中高合金基体金属陶瓷复合材料8的高合金基体材料成分相同)上置于第二层，再将混合后的高合金基体材料与金属陶瓷增强颗粒放在顶层，踏实后置于气氛保护炉中，气氛保护炉为氩气气氛保护炉，烧结工艺为：以1℃/min速度升温至860℃，保温40min；以2℃/min速度升温至1650℃，保温3.5h后随炉冷却，所制备出的高耐磨辊套外表面镶嵌块体7如图3(b)所示。

步骤3，高耐磨辊套外表面镶嵌块体7整体热处理

i：退火

对高耐磨辊套外表面镶嵌块体7进行高温扩散退火处理，空冷，得到退火后的高耐磨辊套外表面镶嵌块体7；其中，退火温度为1000℃，退火时间为8h；

ii：淬火

对退火后的高耐磨辊套外表面镶嵌块体7进行淬火处理，得到淬火后的复合材料；其中，淬火温度为850℃，保温时间为10h；

iii：回火

对淬火后的复合材料进行回火处理，得到热处理后的高耐磨辊套外表面镶嵌块体7；其中，回火温度为400℃，保温10h。

将n个热处理后的高耐镶辊套外表面镶嵌块体7镶嵌于辊套上，制备出高耐磨镶嵌辊套6，如图3(a)所示。

经测试，以上述方法制得的高耐镶辊套外表面镶嵌块体7中，其工作区的高合金基体金属陶瓷复合材料的高合金基体硬度1050hv，高合金基体材料和金属陶瓷增强颗粒的界面硬度1450hv，金属陶瓷增强颗粒硬度2000hv；高耐镶辊套外表面镶嵌块体7中的高韧性金属基底10的冲击韧性为44j/cm²，高韧性金属基底硬度为390hv。经此方法制备的高耐镶辊套外表面镶嵌块体的整体复合效果较好，高合金基体与金属陶瓷增强颗粒的界面宽度为90μm，将其n个高耐镶辊套外表面镶嵌块体镶嵌于耐磨辊套表面，可有效提高或延长设备的运行周期。

实施例3

一种高合金基体金属陶瓷复合材料，用于制备耐磨部件，耐磨部件的工作区厚度，即高合金基体金属陶瓷复合材料厚度，为整体部件厚度的1/3。

所述的高合金基体金属陶瓷复合材料是以四边形高韧性金属基底12为增韧部分，工作区设置为四边形高合金基体高合金基体金属陶瓷复合材料11；

其中，四边形高合金基体金属陶瓷复合材料11中，包括金属陶瓷增强颗粒和高合金基体材料，其中，金属陶瓷增强颗粒为zro2-al2o3(zta)，其作为增强相，按体积比，金属陶瓷增强颗粒：高合金基体材料＝1:3。

所述的高合金基体金属陶瓷复合材料中，高合金基体材料含有的成分及各个成分的质量百分比为：c：2.5％、mn:30％、ni:4％、v:1.0％、ti:1.0％、si:0.1％，余量为fe及不可避免的杂质，其粒径为200目。

所述的金属陶瓷增强颗粒中，zro2-al2o3颗粒(zta)，其化学成分按质量百分比为：zro2：40％、al2o3：60％。

所述的四边形高韧性金属基底12为高韧性基底为20钢，其化学成分及各个成分的质量百分比为：c：0.20％，余量为铁及不可避免的杂质。

一种程序控温液相烧结法制备高合金基体金属陶瓷复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，金属陶瓷增强颗粒的选取与预处理：

(1)实施例1中所选取的增强相的金属陶瓷增强颗粒为zro2-al2o3(zta)；

(2)将zta陶瓷颗粒放入乙醇中清洗，放入超声波振荡30min后烘干待用，其粒径为3～5mm；

步骤2，高合金基体金属陶瓷复合材料的制备

(1)按照配比，称量原料，将预处理后的金属陶瓷增强颗粒zta、和占金属陶瓷增强颗粒总质量的5％的水玻璃混合均匀，其混合后的颗粒与高合金基体材料放入混粉机中进行混粉，混合均匀，得到混合后的物料；其中，按体积比，混合后金属陶瓷增强颗粒zta：高合金基体材料＝1:3；

(2)将四边形高韧性金属基底块20钢放入坩埚(80mm×80mm×75mm)底部，再将混合后的高合金基体材料与金属陶瓷增强颗粒放在基底块上部，踏实后置于气氛保护炉中，气氛保护炉为氩气气氛保护，烧结工艺为：以8℃/min速度升温至800℃，保温30min；以4℃/min速度升温至1450℃，保温3h后随炉冷却，所制备出的耐磨部件如图4所示。

步骤3，高合金基体金属陶瓷复合材料的整体热处理

i：退火

对高合金基体金属陶瓷复合材料进行高温扩散退火处理，空冷，得到退火后的高合金基体金属陶瓷复合材料；其中，退火温度为500℃，退火时间为20h；

ii：淬火

对退火后的高合金基体金属陶瓷复合材料进行淬火处理，得到淬火后的复合材料；其中，淬火温度为900℃，保温时间为20h；

iii：回火

对淬火后的复合材料进行回火处理，得到热处理后的高合金基体金属陶瓷复合材料；其中，回火温度为650℃，保温10h。

经测试，以上述方法制得的高合金基体金属陶瓷复合材料基体硬度1000hv，金属基体材料和陶瓷颗粒的界面硬度1250hv，陶瓷颗粒硬度1500hv；韧性基底的冲击韧性为40j/cm²，基底硬度为400hv。经此方法制备的高合金基体金属陶瓷复合材料的整体复合效果较好，其增强颗粒与金属基体界面的冶金过渡层厚度为10μm，可用于指定部位的耐磨部件，提高或延长设备的运行周期。

实施例4

一种高合金基体金属陶瓷复合材料，用于高耐磨复合衬板，高耐磨复合衬板的工作区厚度，即高合金基体金属陶瓷复合材料为整体高耐磨复合衬板的1/2。

所述的高耐磨复合衬板13包括高合金基体金属陶瓷复合材料14，高合金金属材料15和高韧性基底16，其高耐磨复合衬板13如图5(c)所示，其横向剖视图如图5(d)所示；

其中，高合金基体金属陶瓷复合材料14包括金属陶瓷增强颗粒和高合金基体粉末；其中，金属陶瓷增强颗粒，具体以zrc颗粒作为增强相，按体积比，金属陶瓷增强颗粒：高合金基体材料＝1:3。

所述的高合金基体金属陶瓷复合材料中，高合金基体材料含有的成分及各个成分的质量百分比为：c：1％、mo:60％、ni:1％、nb:5.0％、co:1％，余量为fe及不可避免的杂质。

所述的金属陶瓷增强颗粒为zrc颗粒，其颗粒采用粉末冶金法制备。

所述的高耐磨复合衬板的高合金金属材料15含有的成分及各个成分的质量百分比为：c：1％、mo:60％、ni:1％、co:1％，nb:5.0％，余量为fe及不可避免的杂质，其成分同高合金基体金属陶瓷复合材料中的高合金粉末。

所述的高韧性基底16为45钢，其化学成分及各个成分的质量百分比为：c：0.45％，余量为铁及不可避免的杂质。

一种程序控温液相烧结法制备的高合金基体金属陶瓷复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，金属陶瓷增强颗粒的选取与预处理：

(1)实施例4中所选取的金属陶瓷增强颗料为zrc颗粒；

(2)将zrc颗粒放入乙醇中清洗，放入超声波振荡40min后烘干待用，其粒径为2～3mm；

步骤2，高耐磨复合衬板的制备

(1)按照配比，称量原料，将预处理后的金属陶瓷增强颗粒zrc颗粒、和占金属陶瓷增强颗粒总质量的13％的酚酫树脂混合均匀，其混合后的颗粒与高合金基体材料放入混粉机中进行混粉，混合均匀，得到混合后的物料；其中，按体积比，混合后的zrc颗粒：高合金基体材料＝1:3；

(2)将高韧性金属基底16的韧性基底块45钢放入坩埚(特制)底部，将高合金金属材料15块体(其化学成分同本实施例中的高合金基体金属陶瓷复合材料14的高合金基体材料)上置于第二层，再将混合后的高合金基体材料与金属陶瓷增强颗粒放在顶层，踏实后置于气氛保护炉中，气氛保护炉为氩气气氛保护炉，烧结工艺为：以8℃/min速度升温至800℃，保温30min；以1℃/min速度升温至1150℃，保温20h后随炉冷却，所制备出的高耐磨复合衬板剖视图如图5(d)所示。

步骤3，高耐磨复合衬板整体热处理

i：退火

对高耐磨复合衬板进行高温扩散退火处理，空冷，得到退火后的高耐磨复合衬板；其中，退火温度为1200℃，退火时间为9h；

ii：淬火

对退火后的高耐磨复合衬板进行淬火处理，得到淬火后的复合材料；其中，淬火温度为900℃，保温时间为10h；

iii：回火

对淬火后的复合材料进行回火处理，得到热处理后的高耐磨复合衬板；其中，回火温度为350℃，保温10h。

热处理后的高耐磨复合衬板示意图如图如图5(c)所示。

经测试，以上述方法制得的高耐磨复合衬板中，其工作区的高合金基体金属陶瓷复合材料中，高合金基体材料硬度900hv，高合金基体材料和金属陶瓷增强颗粒的界面硬度1450hv，金属陶瓷增强颗粒硬度2400hv；高耐磨复合衬板的韧性金属基底16的冲击韧性为45j/cm²，基底硬度为410hv。经此方法制备的高耐磨复合衬板整体复合效果较好，高合金基体与金属陶瓷增强颗粒的界面宽度为92μm。此种衬板表面复合了一层陶瓷颗粒构成的耐磨硬质相颗粒，颗粒之间填充了高合金基体，复合材料既有陶瓷颗粒的耐磨性，又兼有基体金属的塑性，硬质相不易脱落。此方法制备的高耐磨复合衬板，其耐磨性为传统金属衬板的3～5倍。

实施例5

一种高合金基体金属陶瓷复合材料，用于制备耐磨部件，耐磨部件的工作区厚度，即高合金基体金属陶瓷复合材料厚度，为整体耐磨部件的1/10。

所述的高合金基体金属陶瓷复合材料以高韧性金属基底为增韧部分，其上设置有高合金基体金属陶瓷复合材料；

所述的高合金基体金属陶瓷复合材料包括金属陶瓷增强颗粒和高合金基体材料，金属陶瓷增强颗粒，具体以wc颗粒作为增强相，按体积比，金属陶瓷增强颗粒：高合金基体材料＝1:8。

所述的高合金基体金属陶瓷复合材料中，高合金基体材料含有的成分及各个成分的质量百分比为：c：1.5％、w:5％、ni:60％、mn:2％、al:2％，余量为fe及不可避免的杂质。

所述的高合金基体金属陶瓷复合材料中的wc颗粒为钨钴类硬质合金(wc+co)，其化学成分按重量百分比为：wc：94％、co：6.0％。

所述的高韧性金属基底为45钢，其化学成分及各个成分的质量百分比为：c：0.45％，，余量为铁及不可避免的杂质。

一种程序控温液相烧结法制备的高合金基体金属陶瓷复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，金属陶瓷增强颗粒的选取与预处理：

(1)实施例5中所选取的增强相陶瓷颗料为wc颗粒；

(2)将wc颗粒放入乙醇中清洗，放入超声波振荡35min后烘干待用，其粒径为3.5～4.5mm；

步骤2，高合金基体金属陶瓷复合材料的制备

(1)按照配比，称量原料，将预处理后的金属陶瓷增强颗粒wc颗粒、占金属陶瓷增强颗粒总质量的14％的酚酫树脂混合均匀，其混合后的颗粒与高合金基体材料放入混粉机中进行混粉，混合均匀，得到混合后的物料；其中，按体积比，混合后的wc颗粒：高合金基体材料＝1:8；

(2)将高韧性基底块45钢放入坩埚(φ60×70mm)底部，再将混合好的高合金基体材料与金属陶瓷增强颗粒放在基底低碳钢块上，踏实后置于气氛保护炉中，气氛保护炉为氩气气氛保护炉，烧结工艺为：以8℃/min速度升温至800℃，保温30min；以4℃/min速度升温至1150℃，保温3h；以4℃/min速度降温至1260℃后随炉冷却。

步骤3，高合金基体金属陶瓷复合材料整体热处理

i：退火

对高合金基体金属陶瓷复合材料进行高温扩散退火处理，空冷，得到退火后的高合金基体金属陶瓷复合材料；其中，退火温度为1000℃，退火时间为8h；

ii：淬火

对退火后的高合金基体金属陶瓷复合材料进行淬火处理，得到淬火后的复合材料；其中，淬火温度为850℃，保温时间为9h；

iii：回火

对淬火后的复合材料进行回火处理，得到热处理后的高合金基体金属陶瓷复合材料；其中，回火温度为350℃，保温9h。

经测试，以上述方法制得的高合金基体金属陶瓷复合材料的高合金基体硬度860hv，金属基体材料和金属陶瓷增强颗粒的界面硬度920hv，金属陶瓷增强颗粒硬度1100hv；高韧性金属基底的冲击韧性为46j/cm²，基底硬度为408hv。本实施例制备的高合金基体金属陶瓷复合材料中高合金基体材料和金属陶瓷增强颗粒的分布电子探针图如图6所示，经此方法制备的高合金基体金属陶瓷复合材料整体复合效果较好，wc颗粒局部溶解于钢基体，增加了钢基体的c含量和合金化过程，提高了钢基体的韧性，另外wc颗粒的溶解会使wc晶粒的棱角钝化，有利于减小wc晶粒与钢基体界面处的应力集中。wc颗粒周围包裹着一圈fe3w3c的黑色条带，不但提高了相界面的结合强度和材料的韧性，其高合金属基体与wc陶瓷增强颗粒的界面宽度为1mm，可用于指定部位的耐磨部件，提高或延长设备的运行周期，可实现工业化生产。

实施例6

一种高合金基体金属陶瓷复合材料，同实施例1，不同之处在于，高合金基体金属陶瓷复合材料中，金属陶瓷增强颗粒采用vc+b4c+tin颗粒作为增强相(按质量比vc：b4c：tin为1:1:1)。

所述的高合金基体金属陶瓷复合材料中，按体积比，金属陶瓷增强颗粒：高合金基体材料＝1:5。

所述的高合金基体金属陶瓷复合材料中，高合金基体材料含有的成分及各个成分的质量百分比为：c：1％、mn:10％、cr:1％、v:0.3％、nb:15％、zr:0.2％，余量为fe及不可避免的杂质。

同实施例1，不同之处，将预处理后的金属陶瓷增强颗粒vc+b4c+tin颗粒、和占金属陶瓷增强颗粒总质量的15％的pva混合均匀，其混合后的颗粒与高合金基体材料放入混粉机中进行混粉，混合均匀，得到混合后的物料；其中，按体积比，混合后的vc+b4c+tin颗粒：高合金基体材料＝1:3。

同实施例1，不同之处，将混后好的金属陶瓷增强颗料与高合金基体材料放入气氛保护炉中烧结后即得到高合金基体金属陶瓷复合材料，无需后续热处理。

本实施例制备的高合金基体金属陶瓷复合材料界面形貌的sem图如图7所示。经此方法制备的高合金基体金属陶瓷复合材料整体复合效果较好，高合金属基体与金属陶瓷增强颗粒的界面宽度为50μm，可用于指定部位的耐磨部件，提高或延长设备的运行周期，可实现工业化生产。

实施例7

一种高合金基体金属陶瓷复合材料，同实施例2，不同之处在于，高合金基体金属陶瓷复合材料中，金属陶瓷增强颗粒采用mo2c+cr3c2+bn颗粒作为增强相(按质量比mo2c：cr3c2：bn为1:1:1)。

所述的高合金基体金属陶瓷复合材料中，按体积比，金属陶瓷增强颗粒：高合金基体材料＝1:3。

所述的高合金基体金属陶瓷复合材料，高合金基体材料含有的成分及各个成分的质量百分比分别为：c:8％、mn:1％、cr:4％、w:15％、ti:1％、b:1.5％，余量为fe及不可避免的杂质。

同实施例2，不同之处，将预处理后的增强相金属陶瓷增强颗粒mo2c+cr3c2+bn颗粒、占金属陶瓷增强颗粒总质量的15％的pva混合均匀，其混合后的颗粒与高合金基体材料放入混粉机中进行混粉，混合均匀，得到混合后的物料；其中，按体积比，混合后的mo2c+cr3c2+bn：高合金基体材料＝1:2。

同实施例2，不同之处，将混后好的金属陶瓷增强颗粒与高合金基体材料放入气氛保护炉中烧结后即得到高合金基体金属陶瓷复合材料，无需后续热处理。

实施例8

一种高合金基体金属陶瓷复合材料，同实施例2，不同之处在于，高合金基体金属陶瓷复合材料中，金属陶瓷增强颗粒采用si3n4+cr7c3+aln颗粒作为增强相(按质量比si3n4：cr7c3：aln为1:1:1)。

所述的高合金基体金属陶瓷复合材料中，按体积比，金属陶瓷增强颗粒：高合金基体材料＝1:2。

所述的高合金基体金属陶瓷复合材料中，高合金基体材料含有的成分及各个成分的质量百分比分别为：c:2％、v:20％、cr:2％、w:1％、ti:6％、al:1.5％，余量为fe及不可避免的杂质。

同实施例2，不同之处，将预处理后的增强相金属陶瓷增强颗粒si3n4+cr7c3+aln颗粒、占金属陶瓷增强颗粒总质量的10％的水玻璃混合均匀，其混合后的颗粒与高合金基体材料放入混粉机中进行混粉，混合均匀，得到混合后的物料；其中，按体积比，混合后的si3n4+cr7c3+aln：高合金基体材料＝1:2。

同实施例2，不同之处，将混后好的金属陶瓷增强颗粒与高合金基体材料放入气氛保护炉中烧结后即得到高合金基体金属陶瓷复合材料，无需后续热处理。