【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料制造，尤其涉及一种难熔金属-陶瓷复合材料构件及其制备方法。
技术介绍
1、难熔金属-陶瓷复合材料由于既具有陶瓷材料的优异性能（如低热导率、高耐磨耐蚀等）、又具备难熔金属的优异性能（如高熔点、高韧性、优良的抗烧蚀等），被广泛应用于武器装备、航空航天等领域。
2、针对形状简单的难熔金属-陶瓷复合材料的零部件、通常利用粉末冶金的方法制备，即采用粉体球磨均匀化、压制成型、烧结致密化、机械加工等步骤，实现难熔金属-陶瓷复合材料的成型。但是，针对回转体构件等异形件时，粉末冶金的压制成型难度高、生产成本高，且芯体处具有高耐磨耐蚀性能、高熔点性能的熔金属-陶瓷复合材料难以有效去除，加大了通过粉末冶金法制备回转体构件等异形件的难度。现有技术中，例如：专利文献cn114147436a中公开了一种具有周期性性梯度渐变结构复合构件的制备方法，其通过在石墨芯轴表面采用双路送粉的等离子喷涂工艺依次制备陶瓷层、陶瓷-金属层与金属层，同时在等离子喷涂后采用热等静压扩散处理，最后采用机加工去除容易处理的石墨芯轴等手段，实现回转体构件等异形件的制备；然而，该专利文献中的等离子喷涂层（即陶瓷层、陶瓷-金属层与金属层）的致密度、孔隙率、晶粒大小及各层之间的结合强度等效果与热等静压扩散工艺中的高温、高压等手段直接相关，其具有工艺复杂、生产能耗大、成本高，危险系数大等缺陷，不利于进行难熔金属-陶瓷复合材料的回转体构件等异形件的大批量制备，即无法实现批量化的工业生产、应用范围窄。
技术实现思路
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2、本专利技术的目的在于提供一种难熔金属-陶瓷复合材料构件的制备方法，该制备方法适用于难熔金属-陶瓷复合材料的回转体构件等异形件的制备，无需进行高温高压处理，有效节约生产能耗以及生产成本，减少制备过程中的安全隐患，适用于难熔金属-陶瓷复合材料的回转体构件等异形件的工业化生产。
3、本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
4、一种基于等离子喷涂-激光熔覆制备复合构件的方法，其特征在于：
5、包括：步骤a、石墨芯模的制备；步骤b、采用等离子喷涂在石墨芯模表面喷涂第二基体层；步骤c、采用激光熔覆在第二基体层表面制备交替层，交替层为难熔金属层与陶瓷层相互交替叠加；步骤d、采用等离子喷涂在步骤c的交替层表面制备缓和层；步骤e、循环进行步骤c与步骤d且最外层为交替层，得到高致密复合构件；步骤f、机加工去除石墨芯模，获得高致密异形构件。
6、基于上述方案的进一步优选，所述步骤 a具体为：根据所需制备的复合构件的形状及尺寸，设计并机加工出两端具有夹持端的石墨芯模；所述石墨芯模采用具有优异的高温强度、化学稳定性和机械加工特性的石墨材料（即三高石墨），石墨材料密度≥1.8g/cm3。
7、基于上述方案的进一步优选，所述第二基体层、难熔金属层、缓和层的材料相同；均为w、mo、ta难熔金属单质中的任一种或w/mo、mo/la、w/ta难熔合金中的任一种；所述陶瓷层的材料为zro2、al2o3、ysz、la2zr2o7中的一种或多种。
8、基于上述方案的进一步优选，所述第二基体层的厚度为0.5～1mm，所述缓和层的厚度为0.5～1mm；交替层的内层与外层均为难熔金属层（即交替层通过难熔金属层与第二基体层、缓和层、外部空气层接触）；交替层的总厚度为2.5～5mm且交替层的交替层数为3、5或7层；交替层中单层厚度为0.6～1.2mm。陶瓷层厚度大于难熔金属层厚度。
9、本申请首先通过在石墨芯模表面通过等离子喷涂制备第二基体层，起到易于脱模的作用、避免激光直接在石墨芯模表面进行熔覆而出现难熔金属与石墨芯模表面结合的问题；通过在第二基体层或缓和层表面进行难熔金属层的激光熔覆，一是利用激光熔覆过程中的激光散火对等离子喷涂层实现重熔，从而细化等离子喷涂层的晶粒、减小等离子喷涂层的孔隙、提高等离子喷涂层的致密度，二是利用激光熔覆的难熔金属层对等离子喷涂层的孔隙实现封孔，实现等离子喷涂层的完全致密化、避免出现孔隙，三是通过难熔金属层与第二基体层或缓和层之间的同质相容性，提高交替层与第二基体层、交替层与缓和层之间的结合强度，减小交替层与第二基体层、交替层与缓和层之间的应力，避免第二基体层、交替层与缓和层之间出现明显界限，确保构件的整体性。同时，通过第二基体层、交替层、缓和层、交替层、缓和层、…、交替层之间的交替叠加，通过等离子喷涂的金属层（即缓和层）形成对激光熔覆交替层之间的应力缓和，从而缓解大厚度的激光熔覆交替层的内应力，避免制备过程中由于应力 过大而出现分层、脱落、剥离等问题；并且，在制备第二基体层或缓和层后均进行交替层的激光重熔，与等离子喷涂后进行热等静压扩散的方案相比，不会出现由外层向内层的涂层之间致密度与晶粒的梯度变化，确保每层等离子喷涂层致密度与晶粒大小的一致性， 从而保证最终构件的性能的均匀性。此外，通过难熔金属层与陶瓷层的交替叠加，有效缓解金属与陶瓷间热膨胀系数差异造成热应力积累的问题，避免陶瓷层由于应力累积而出现开裂、裂纹扩展等问题，配合难熔金属层与第二基体层、难熔金属层与缓和层之间的应力缓和，进一步避免各层之间的相互剥离、开裂或形成明显界线的问题，保证构件的均匀性与整体性。
10、基于上述方案的进一步优选，所述等离子喷涂参数为：喷涂功率30～36kw，喷涂距离100～150mm，送粉速率10～50g/min。
11、基于上述方案的进一步优选，所述激光熔覆参数为：难熔金属层：激光功率1.2～1.8kw，送粉速率80～120g/min；陶瓷层：激光功率2.2～3kw，送粉速率20～60g/min。
12、基于上述方案的进一步优选，所述高致密异形构件的壁厚为10～30mm。
13、本专利技术具有如下技术效果：
14、本申请实现了难熔金属-陶瓷复合材料的异形构件的制备，制备过程中，通过等离子喷涂与激光熔覆的工艺手段配合第二基体层、交替层、缓和层的结构设计：一是通过激光熔覆实现对制备的等离子喷涂层的重熔，使得等离子喷涂层致密性高、沉积效率高、层与层之间的连接强度高，且有效减少构件中孔洞、裂纹等缺陷；二是通过等离子喷涂层（第二基体层或缓和层）实现对交替层与石墨芯模、交替层与交替层之间的应力缓和，从而避免层与层之间应力过大而出现剥落、开裂等问题，确保复合材料构件具有优异的综合性能。
15、同时，本申请的制备方法与现有技术中在等离子喷涂后、进行热等静压扩散的制备方法相比，本申请用于应力缓解的各等离子喷涂层一致性好、不会出现明显的梯度差异，同时有效节省能耗、节约生产成本、缩短工艺周期，安全性高，适用于工业化大批量生产制造。
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1.一种难熔金属-陶瓷复合材料构件，其特征在于：包括第二基体层（31）、交替层（32）与缓和层（33），交替层（32）与缓和层（33）交替叠加且最外层为交替层（32）；所述第二基体层（31）的厚度为0.5～1mm，所述交替层（32）的总厚度为2.5～5mm，所述缓和层（33）的厚度为0.5～1mm；所述交替层（32）为难熔金属层（321）与陶瓷层（322）相互交替叠加，其中，交替层（32）的交替层数为3、5或7层，交替层（32）中单层厚度为0.6～1.2mm且交替层（32）的内层与外层均为难熔金属层（321），陶瓷层（322）厚度大于难熔金属层（321）厚度。
2.根据权利要求1所述的一种难熔金属-陶瓷复合材料构件，其特征在于：所述第二基体层（31）、难熔金属层（321）、缓和层（33）的材料相同；均为W、Mo、Ta难熔金属单质中的任一种或W/Mo、Mo/La、W/Ta难熔合金中的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种难熔金属-陶瓷复合材料构件，其特征在于：所述陶瓷层（322）的材料为ZrO2、Al2O3、YSZ、La2Zr2O7中的一种或多种。。
...【技术特征摘要】
1.一种难熔金属-陶瓷复合材料构件，其特征在于：包括第二基体层（31）、交替层（32）与缓和层（33），交替层（32）与缓和层（33）交替叠加且最外层为交替层（32）；所述第二基体层（31）的厚度为0.5～1mm，所述交替层（32）的总厚度为2.5～5mm，所述缓和层（33）的厚度为0.5～1mm；所述交替层（32）为难熔金属层（321）与陶瓷层（322）相互交替叠加，其中，交替层（32）的交替层数为3、5或7层，交替层（32）中单层厚度为0.6～1.2mm且交替层（32）的内层与外层均为难熔金属层（321），陶瓷层（322）厚度大于难熔金属层（321）厚度。
2.根据权利要求1所述的一种难熔金属-陶瓷复合材料构件，其特征在于：所述第二基体层（31）、难熔金属层（321）、缓和层（33）的材料相同；均为w、mo、ta难熔金属单质中的任一种或w/mo、mo/la、w/ta难熔合金中的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种难熔金属-陶瓷复合材料构件，其特征在于：所述陶瓷层（322）的材料为zro2、al2o3、ysz、la2zr2o7中的一种或多种。。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种难熔金属-陶瓷复合材料构件的制备方法，其特征在于：包括：步骤a、石墨芯模（2）的制备；步骤b、采用等离子喷涂在...
【专利技术属性】
技术研发人员：李忠盛，白懿心，丛大龙，宋凯强，张敏，何庆兵，彭冬，王旋，丁星星，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团西南技术工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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