一种合金复合体及其制造方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种合金材料领域，具体地，涉及一种合金复合体，以及该合金复合体的制备方法和应用。该合金复合体包括钢板层、金属粘结剂层和纳米硬质合金材料层，所述钢板层通过金属粘结剂层与所述纳米硬质合金材料层相结合，所述纳米硬质合金材料层含有粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨和钴，以所述纳米硬质合金材料层的总重量为基准，所述粗颗粒碳化钨的含量为40‑65重量％，所述纳米颗粒碳化钨的含量为20‑45重量％，所述钴的含量为5‑40重量％。本发明专利技术的合金复合体的机械强度、硬度和耐磨性均十分优异，当用于铁路线路养护清筛车的扒齿链时，可以显著地提高扒齿头的硬度、机械强度和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种合金复合体及其制造方法和应用
本专利技术涉及一种合金材料领域，具体地，涉及一种合金复合体，以及该合金复合体的制备方法和应用。
技术介绍
铁路线路养护清筛车用GYKJ-RM80型扒齿链是铁路线路清筛过程中使用的主要部件和易损部件。现在国内铁路线路养护清筛车用扒齿链普遍采用的是低成本的ZG45的母材锻造成品(母材不含任何耐磨及增强韧性的合金元素)。其缺点是不耐磨、易断裂、其扒齿链的使用寿命较短。面对国内铁路线路养护清筛车用扒齿链使用寿命短、成本高、效率低、工人劳动强度大等现状，急需开发出一种耐磨损的硬质合金复合体。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服技术的上述不足，提供一种合金复合体以及该合金复合体的制备方法和应用。本专利技术的合金复合体的硬度高、耐磨损、使用寿命长，特别适合用在铁路线路养护清筛车的扒齿链上。本专利技术提供了一种合金复合体，其中，该合金复合体包括钢板层、金属粘结剂层和纳米硬质合金材料层，所述钢板层通过金属粘结剂层与所述纳米硬质合金材料层相结合，所述纳米硬质合金材料层含有粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨和钴，以所述纳米硬质合金材料层的总重量为基准，所述粗颗粒碳化钨的含量为40-65重量％，所述纳米颗粒碳化钨的含量为20-45重量％，所述钴的含量为5-40重量％。本专利技术还提供了一种制造上述合金复合体的方法，其中，该方法包括：将钢板层、金属粘结剂层和纳米硬质合金材料层依次叠合压实得到压实板，然后对所述压实板进行热熔焊接，以使得所述金属粘结剂层熔化从而使所述钢板层和所述纳米硬质合金材料层结合在一起。本专利技术另外提供了本专利技术的合金复合体在铁路线路养护清筛车的扒齿链上的应用。本专利技术的专利技术人发现，通过将特定的纳米硬质合金材料粘结在钢板的表层，可以得到机械强度、硬度和耐磨性均十分优异的合金复合体，当用于铁路线路养护清筛车的扒齿链，可以显著地提高扒齿头的硬度、机械强度和使用寿命。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供了一种合金复合体，其中，该合金复合体包括钢板层、金属粘结剂层和纳米硬质合金材料层，所述钢板层通过金属粘结剂层与所述纳米硬质合金材料层相结合，所述纳米硬质合金材料层含有粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨和钴，以所述纳米硬质合金材料层的总重量为基准，所述粗颗粒碳化钨的含量为40-65重量％，所述纳米颗粒碳化钨的含量为20-45重量％，所述钴的含量为5-40重量％。为了进一步提高所述纳米硬质合金材料层的耐磨性和抗冲击韧性，优选情况下，以所述纳米硬质合金材料层的总重量为基准，所述粗颗粒碳化钨的含量为50-60重量％，所述纳米颗粒碳化钨的含量为30-40重量％，所述钴的含量为10-15重量％。在本专利技术中，所述粗颗粒碳化钨的晶粒度和纳米颗粒碳化钨的晶粒度对所述纳米硬质合金材料的各项性能的影响较为显著,为了进一步提高所述纳米硬质合金组织的致密性和均匀性，从而进一步提高纳米硬质合金材料层的耐磨性和抗冲击韧性，本专利技术的所述粗颗粒碳化钨的晶粒度可以为1.8-5.5μm，优选为2.5-3.5μm；所述纳米颗粒碳化钨的晶粒度可以为0.1-0.4μm，优选为0.2-0.3μm。在本专利技术中，所述钢板所用的钢材的型号和其中各元素的含量没有明确的限定，在优选的情况下，以所述钢板层的总重量为基准，该钢板层中C的含量为1-1.4重量％，Mn的含量为16-19重量％，Cr的含量为2-3重量％，Mo的含量为0.2-0.5重量％，Si的含量≤0.5重量％，P的含量≤0.07重量％，Fe的含量为75.53-80.8重量％；更优选地，以所述钢板层的总重量为基准，该钢板层中C的含量为1.2-1.3重量％，Mn的含量为17-18重量％，Cr的含量为2.4-2.6重量％，Mo的含量为0.3-0.4重量％，Si的含量≤0.3重量％，P的含量≤0.05重量％，Fe的含量为77.35-79.1重量％。在本专利技术中，优选地，所用钢板层所用的钢材的类型为超高锰钢，例如为型号为ZGMn18的超高锰钢。在本专利技术中，所述纳米硬质合金材料层的厚度可以为1-5mm，优选为2-4mm，该厚度的纳米硬质合金材料层可以适用于各种厚度的钢板层，所述钢板层的厚度可以根据实际需要确定，例如可以为0.5-5cm。在本专利技术中，所述金属粘结剂层中的金属粘结剂的种类没有特别的限定，可以为各种熔点较低的能够在高温下熔化从而将金属粘结在一起的金属粘结剂，例如为铜。所述金属粘结剂可以以金属薄片的形式使用，也可以以金属粉末的形式使用。在本专利技术中，例如可以使用厚度为0.3-0.6mm的铜薄片。在本专利技术中，所述纳米硬质合金材料层通过将纳米硬质合金材料进行烧结而得到，其中，所述纳米硬质合金材料含有粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨和钴粉。所述将纳米硬质合金材料进行烧结的过程没有特别的限定，例如可以包括以下步骤：(1)将粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨、钴粉和成型剂橡胶进行混合，然后进行机械加压成型处理，得到成型的坯料；(2)在真空环境下，将所述成型的坯料进行烧结处理；根据本专利技术，在步骤(2)中，对所述烧结处理的条件没有具体限定，优选情况下，所述烧结处理的条件包括：温度为1400-1500℃，优选为1430-1440℃；真空度为300-600Pa，优选为350-650Pa，更优选为350-450Pa；时间为8-11小时，优选为9-10小时。在本专利技术中，所述钴粉可以在烧结时熔化从而将粗颗粒碳化钨和纳米颗粒碳化钨粘结成型，因此所述钴粉的晶粒度没有特别的限定，例如可以为3.5-6.5μm，优选为4-5μm。在本专利技术中，所述成形剂橡胶用于将所述粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨和钴粉粘结使其在机械加压过程中可以成型，相对于100重量份的所述粗颗粒碳化钨，所述成形剂橡胶的含量可以为15-37.5重量份，优选为20-32重量份。所述成形剂橡胶可以为本领域常规使用的用于形成纳米硬质合金的成形剂橡胶，优选情况下，所述成形剂橡胶选自丁钠橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物热塑性弹性体(SBS)橡胶和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物热塑性弹性体(SIS)橡胶中的至少一种。在本专利技术中，所述纳米合金材料层的制备方法相对于现有技术的主要改进在于提供了本专利技术的上述含量的粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨和钴，优选地，还提供了具有上述晶粒度的粗颗粒碳化钨和纳米颗粒碳化钨，因此，所述纳米硬质合金制备方法的具体工艺条件和操作步骤均可按照现有技术进行。例如，根据本专利技术的一种优选实施方式，具体地，所述硬质纳米合金材料层的制备方法包括：将100重量份的晶粒度为1.8-5.5μm的粗颗粒碳化钨、46-87.5重量份的晶粒度为0.1-0.4μm的纳米颗粒碳化钨、8.5-25重量份的晶粒度为3.5-6.5μm的钴粉以及15-37.5重量份的成型剂橡胶进行混合，然后进行机械加压成型处理，得到成型坯料；在真空度为350-600Pa的真空环境下，将所述成型的坯料在温度为1400-1500℃条件下进行烧结处理8-11小时。更优选地，所述硬质纳米合金的制备方法包括：将100重量份的晶粒度为2.5-3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合金复合体，其特征在于，该合金复合体包括钢板层、金属粘结剂层和纳米硬质合金材料层，所述钢板层通过金属粘结剂层与所述纳米硬质合金材料层相结合，所述纳米硬质合金材料层含有粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨和钴，以所述纳米硬质合金材料层的总重量为基准，所述粗颗粒碳化钨的含量为40‑65重量％，所述纳米颗粒碳化钨的含量为20‑45重量％，所述钴的含量为5‑40重量％。

【技术特征摘要】
1.一种合金复合体，其特征在于，该合金复合体包括钢板层、金属粘结剂层和纳米硬质合金材料层，所述钢板层通过金属粘结剂层与所述纳米硬质合金材料层相结合，所述纳米硬质合金材料层含有粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨和钴，以所述纳米硬质合金材料层的总重量为基准，所述粗颗粒碳化钨的含量为50-60重量％，所述纳米颗粒碳化钨的含量为30-40重量％，所述钴的含量为10-15重量％，所述粗颗粒碳化钨的晶粒度为1.8-5.5μm，所述纳米颗粒碳化钨的晶粒度为0.1-0.4μm，所述纳米硬质合金材料层通过将纳米硬质合金材料进行烧结而得到，其中，所述纳米硬质合金材料含有粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨和钴粉，将所述纳米硬质合金材料进行烧结包括：(1)将粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨、钴粉和成型剂橡胶进行混合，并成型成坯料；(2)在真空环境下，将成型的坯料进行烧结处理。2.根据权利要求1所述的合金复合体，其中，所述粗颗粒碳化钨的晶粒度为2.5-3.5μm，所述纳米颗粒碳化钨的晶粒度为0.2-0.3μm。3.根据权利要1所述的合金复合体，其中，以所述钢板层的总重量为基准，该钢板层中C的含量为1-1.4重量％，Mn的含量为16-19重量％，Cr的含量为2-3重量％，Mo的含量为0.2-0.5重量％，Si的含量≤0.5重量％，P的含量≤0.07...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学敏，宫实俊，李红利，孙静涵，李贵友，李振峰，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司，中国神华能源股份有限公司轨道机械化维护分公司，哈尔滨贵友科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11