一种柔性金属-陶瓷复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种柔性金属-陶瓷复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]金属材料在使用过程中受到环境与载荷的共同作用时极易产生失效，表面磨损是失效的主要形式之一，从而造成零件受损、维修频繁、能耗增加甚至设备报废等问题。因此，金属表面强度的高低，性能的好坏，在许多情况下，对其使用寿命具有决定性意义。表面防护和强化处理不仅可以提高其使用寿命，而且还可以获得良好的综合性能。因此，金属表面改性技术开始应运而生，并得以迅速发展。随之金属表面性能要求的多样性，促使其表面改性方法也层出不穷。相继出现了电镀、化学镀、PVD、CVD、三束改性、热喷涂、堆焊、激光熔覆和金属-陶瓷贴片技术。但它们只能提供单一和有限的保护，在实际工况中却难以推广。表面复合材料的制备技术是表面工程领域中发展较为迅速的分支之一，它能同时实现基体与复合材料的协同作用，又具有很大的设计自由度。复合材料一般是由合金基体和非金属固体增强颗粒、网状纤维或钢丝网增韧相组成，此类材料可广泛应用于航空、化工、机电等行业，并产生巨大的经济效益。但是，多数复合材料与基底之间需要经过复杂设备才能实现冶金结合，限制了其在恶劣工况条件下的使用。同时，大多数高性能的填料和增强骨料都是以粒状或粉状形态供货，施工时不利于将其均匀、一致地贴附于零件表面，增加了表面工作层的制备难度，尤其是对处于不同位置的曲面、折面、螺旋面，原料的可靠贴附显得更为重要。
[0003]传统的表面涂层制备工艺在耐磨成效、传热和运转要求方面尚有严重不足及弊端，涂层使用寿命有限。比如，堆焊WC-Co、Cr3C2时局部的高温会导致基体受热不均匀，温度场梯度大，容易引起较大焊接残余应力及变形，堆接保护层易局部开裂甚至形成贯穿裂纹，导致保护涂层脱落。而且堆焊表面粗糙，机加工量大；喷焊镍基合金提高耐磨性不高，喷焊钴基合金成本较高，后处理难度较大，热喷涂涂层厚度受到限制且喷涂高镍铬层和喷焊时涂层与基体均为机械结合，涂层致密度也有限。涂层与基体的结合强度不高，易造成脱落，寿命很短，只能在特定环境下对表面进行修复。
【发明内容】
[0004]本发明其目的就在于提供一种柔性金属-陶瓷复合材料及其制备方法，解决了金属异形表面修复及易于施工等技术问题，具有生产效率高、操作设备简单、工艺过程噪音小、可流水作业的特点，且制备的柔性金属-陶瓷复合材料致密度高、厚度可控且耐磨性好，可应用于金属表面的改性，如用于耐磨抗蚀涂层的制备。
[0005]实现上述目的而采取的技术方案，
一种柔性金属-陶瓷复合材料，包括金属丝网层，所述金属丝网层上下两面设有金属-陶瓷复合材料层，所述金属-陶瓷复合材料层按重量份数包括骨料20-50份、填料30-50份、有机添加剂20-30份，所述金属丝网层为孔径0.5mmX0.5mm的细钢丝网。
[0006]一种柔性金属-陶瓷复合材料的制备方法，包括步骤: (1)选料:选取重量份为20-50份的骨料、30-50份的填料；
(2)混合:将(I)中选取的物料充分混合均匀后，按重量份加入有机添加剂20-30份，高能球磨后过筛，制成浆料；
(3)成型:将(2)中制备的浆料在流延机中制成金属-陶瓷复合材料生坯；
(4)滚压:将(3)中制备的生坯与细钢丝网贴合后，在滚压机中滚压成型至厚度，然后，在30°C ~35°C的真空干燥箱中保温10~15分钟，取出、切边、收卷，制得柔性金属-陶瓷复合材料。
[0007]有益效果
与现有技术相比本发明具有以下优点。
[0008]本发明涉及的柔性金属-陶瓷复合材料可贴覆于异形金属表面用于改性处理，生产效率高，操作设备简单、工艺过程噪音小、可流水作业，制备的柔性金属-陶瓷复合材料具有致密度高、厚度可控且耐磨性好等优点，解决了异形表面修复及易于施工等技术难题，比开发、制造新材料具有更大的潜力。
【附图说明】
[0009]下面结合附图对本发明作进一步详述。
[0010]图1为本发明的柔性金属-陶瓷复合材料制备流程示意图；
图2为本发明的柔性金属-陶瓷复合材料结构示意图。
【具体实施方式】
[0011 ] 一种柔性金属-陶瓷复合材料，包括金属丝网层2，如图2所示，所述金属丝网层2上下两面设有金属-陶瓷复合材料层1，所述金属-陶瓷复合材料层I按重量份数包括骨料20-50份、填料30-50份、有机添加剂20-30份，所述金属丝网层2为孔径0.5mmX0.5mm的细钢丝网。
[0012]所述骨料为粒度25μ??~150μπι的WC、SiC、Α1203、BN或金刚石粉中的任意一种。
[0013]所述填料为粒度15 μ??~50 μ??的602、Ni 105、ZQCu6_6_3或其他金属基预合金粉中的任意一种。
[0014]所述有机添加剂按重量份数包括溶剂10-25份、分散剂0.5-2份、粘结剂3_5份、增塑剂3-5份、消泡剂0.5-2份。
[0015]所述溶剂为无水乙醇、二甲苯和丁酮中的任意两种按重量比1:1混合；所述分散剂为三油酸甘油酯、三乙醇胺、蓖麻油或超分散剂Hypermer KD-1中的任意一种；所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛PVB ;所述增塑剂为聚乙二醇PEG和丙三醇按重量百分比1:1混合物或邻苯二甲酸二辛酯；所述消泡剂为有机硅消泡剂BYK-530。
[0016]一种柔性金属-陶瓷复合材料的制备方法，如图1所示，包括步骤:
(1)选料:选取重量份为20-50份的骨料、30-50份的填料；
(2)混合:将(I)中选取的物料充分混合均匀后，按重量份加入有机添加剂20-30份，高能球磨后过筛，制成浆料；
(3)成型:将(2)中制备的浆料在流延机中制成金属-陶瓷复合材料生坯；
(4)滚压:将(3)中制备的生坯与细钢丝网贴合后，在滚压机中滚压成型至厚度，然后，在30°C ~35°C的真空干燥箱中保温10~15分钟，取出、切边、收卷，制得柔性金属-陶瓷复合材料。
[0017]本发明涉及的柔性金属-陶瓷复合材料可贴覆于异形金属表面用于改性处理，可根据涂层要求设计不同成分及厚度的柔性金属-陶瓷复合材料，利用其柔韧性，可在各种形状的金属表面上制备涂层，包括平面、垂直面、曲面、折面、螺旋面等。涂层厚度可以准确控制，成分设计自由度大，原材料的利用率高，剩余的材料可再利用，柔性金属-陶瓷复合材料边缘整齐；同一工件可进行选择性涂层制备或多个表面同时进行涂层制备；柔性金属-陶瓷复合材料还适合大批量生产，大大降低了生产成本。
[0018]本发明的新型柔性金属-陶瓷复合材料，包括骨料、填料、有机添加剂、细钢丝网。按重量份数比加入骨料20-50份、填料30-50份、有机添加剂20-30份、孔径为
0.5mm X 0.5mm的细钢丝网。
[0019]所述的骨料选用粒度为25 μ??~150 μ??的WC、SiC、A1203、BN、金刚石粉中任意一种。
[0020]所述的填料选用粒度为15 μ??~50 μ??的602、Nil05、ZQCu6_6_3或其他金属基预合金粉中的任意一种。
[0021]所述的有机添加剂由溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂、消泡剂组成，溶剂:10-25份；分散剂:0.5-2份；粘结剂:3-5份；增塑剂:3-5份；消泡剂:0.5-2份。
[0022]所述溶剂为无水乙醇、二甲苯和丁酮中任意两种按重量比1:1混合。
[0023]所述分散剂为三油酸甘油酯、三乙醇胺、蓖麻油或超分散剂(Hypermer KD-1)中任意一种。
[0024]所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛(PVB )。
[0025]所述增塑剂为聚乙二醇(PEG)和丙三醇(重量百分比1:1)混合物或邻苯二甲酸二辛酯(化学纯)。
[0026]所述消泡剂为有机硅消泡剂(BYK-530)。
[0027]本发明的柔性金属-陶瓷复合材料可应用于金属表面改性。
[0028]具体应用在于，可将本发明的柔性金属-陶瓷复合材料裁剪后与金属表面贴合，通过感应熔覆、热压烧结或渗透钎焊法制备涂层。该涂层具有高致密性、耐磨性等优点，可应用于复杂表面、曲面、异形面和凹槽的防护和修复。
[0029]这种柔性金属-陶瓷复合材料的制备方法如下:
(1)选料:选取以下重量份的物质:骨料20-50份、填料30-50份；
(2)混合:将(I)中选取的物质充分混合均匀后，按重量份加入有机添加剂20-30份，高能球磨后过筛，制成浆料；
(3)成型:将(2)中制备的浆料在流延机中制成金属-陶瓷复合材料生坯。
[0030](4)滚压:将(3)中制备的生坯与细钢丝网贴合后，在滚压机中滚压成型至厚度。然后，在30°C ~35°C的真空干燥箱中保温10~15分钟，取出、切边、收卷，制得柔性金属-陶瓷复合材料。
[0031]实施例1:
按重量比，取粒径25 μ??~150 μ??的金刚石粉30份，15 μ??~50 μ??的602预合金粉40份；无水乙醇和二甲苯(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、有机硅消泡剂0.8份组成的有机添加剂。将金刚石粉与602预合金粉混合后加入有机添加剂在真空条件下高能球磨36h，过筛成浆料，将其在流延机中制成生坯，将制备好的生坯与细钢丝网贴合，在滚压机上滚压成型，将其置于30°C真空干燥箱中保温15分钟，取出、切边、收卷，制成柔性金属-陶瓷复合材料。
[0032]实施例2:
按重量比，取粒径25 μ m~150 μ m的Al203粉35份，15 μ m~50 μ m的602预合金粉40份；无水乙醇和丁酮(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、有机硅消泡剂0.8份组成的有机添加剂。将A1203粉与602预合金粉混合后加入有机添加剂在真空条件下高能球磨48h，过筛成浆料，将其在流延机中制成生坯，将制备好的生坯与细钢丝网贴合，在滚压机上滚压成型，将其置于30°C真空干燥箱中保温10分钟，取出