本發(fā)明屬于粉末冶金新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種拋丸機(jī)葉片鑲嵌材料及其制備方法，屬于金屬冶金中的金屬復(fù)合材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

碳化鎢是一種由鎢和碳組成的化合物，為黑色六方晶體，有金屬光澤，硬度與金剛石相近，為電、熱的良好導(dǎo)體。從1893年以來，德國科學(xué)家就利用三氧化鎢和碳在電爐中一起加熱到高溫的方法制取出碳化鎢，并試圖利用其高熔點(diǎn)、高硬度等特性來制取拉絲模等，以便取代金剛石材料。但由于碳化鎢脆性大，易開裂和韌性低等原因，一直未能得到工業(yè)應(yīng)用。進(jìn)入二十世紀(jì)二十年代，德國科學(xué)家karlschroter研究發(fā)現(xiàn)純碳化鎢不能適應(yīng)拉拔過程中所形成的激烈的應(yīng)力變化，只有把低熔點(diǎn)金屬加入wc中才能在不降低硬度的條件下，使毛坯具有一定的韌性。schroter于1923年首先提出了用粉末冶金的方法，即將碳化鎢與少量的鐵族金屬（鐵、鎳、鈷）混合，然后壓制成型并在高于1300℃溫度下于氫氣中燒結(jié)來生產(chǎn)硬度合金。碳化鎢粉常應(yīng)用于硬質(zhì)合金生產(chǎn)材料。而石墨烯作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、韌性極強(qiáng)，導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀(jì)”。

拋丸機(jī)葉片工作在一個(gè)承受持續(xù)彈丸的沖擊力及磨損的工作環(huán)境中，因此在要求葉片具有良好耐磨性能的同時(shí)，又要求其有一定的耐沖擊性。隨著材料技術(shù)的發(fā)展，葉片經(jīng)歷了普通白口鑄鐵，鎳硬白口鑄鐵，高鉻鑄鐵三個(gè)階段。目前，拋丸機(jī)葉片常用的材料為高鉻鑄鐵，該材料具有高韌性，高強(qiáng)度，且具有抗高溫和抗腐蝕性能。但是高鉻鑄鐵耐磨件鉻含量高，鑄造缺陷高，在沖擊摩擦磨損情況下很容易從鑄造缺陷部位層層剝落，造成材料的磨損失效，且葉片失效后，需要將整個(gè)葉片都換掉，浪費(fèi)安裝時(shí)間，并且造成浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題就是：提供一種新型葉片鑲嵌材料及其制備方法。

為了解決以上問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種新型拋丸機(jī)葉片鑲嵌材料,由下述按重量份計(jì)的組分組成:碳化鎢粉100重量份，石墨烯0.8-1.0份，鈷8-10份，銅1.8-2.2份，氮化鈦2-4份，鋁粉1.5-2.2份。

優(yōu)化的，上述碳化鎢粉的平均粒度為60納米。

優(yōu)化的，上述石墨烯的厚度為2-3納米。

優(yōu)化的，上述葉片鑲嵌材料由下述按重量份計(jì)的組分組成:碳化鎢粉100份，石墨烯0.9份，鈷9份，銅2.0份，氮化鈦3.5份，鋁粉2.0份。

作為本發(fā)明的另一個(gè)發(fā)明目的，上述一種新型葉片鑲嵌材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）混料：先將50%的碳化鎢裝入球磨機(jī)中，然后再將石墨烯粉、鈷粉、銅粉、氮化鈦粉、鋁粉加入到球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，球磨1小時(shí)后再將剩余的碳化鎢裝入球磨機(jī)中，繼續(xù)球磨1小時(shí)；球磨均勻后過200-400目篩，放置12小時(shí)，得到碳化鎢基混合粉末；

（2）壓制：將步驟1）中得到的混合粉末裝到模具中，進(jìn)行壓制成型；

（3）燒結(jié)：壓制成型的生胚放入網(wǎng)帶燒結(jié)爐中，埋在氧化鋁粉中并在空氣中加熱到450℃，保溫30分鐘進(jìn)行預(yù)氧化處理，在粉末顆粒表面獲得厚度為(5-15)*10^-5mm的氧化層；然后在低于-20℃的露點(diǎn)的氫氣氛中燒結(jié)，最后冷卻出爐，完成工件；

（4）進(jìn)行檢測；當(dāng)強(qiáng)度大于89.9hrc，硬度大于490mpa，沖擊韌性大于0.35且表面無明顯毛刺、飛邊等缺陷后，方可使用。

進(jìn)一步的，上述步驟（1）中的研磨石為剛玉研磨石，球磨時(shí)的球料比為5：1，球磨時(shí)間為2小時(shí)，篩網(wǎng)粒徑為300目。

進(jìn)一步的，上述步驟（2）中采用雙向壓制，壓力為500-600mpa。

進(jìn)一步的，上述步驟（3）中燒結(jié)方式為熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1400-1500℃，壓力為500-600mpa，90-120分鐘。

優(yōu)化的，上述步驟（3）中燒結(jié)方式為熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1460℃，壓力為500-600mpa，110分鐘。

碳化鎢本身就是一種硬度極大的黑色六方晶體，硬度與金剛石相近，具有極佳的強(qiáng)度以及耐磨性，但是沖擊韌性不足；而粒度在納米級(jí)的石墨烯韌性極好，它的加入，能有效改善碳化鎢的耐沖擊性。

石墨烯在石墨烯面的強(qiáng)度比金剛石還要高，韌性也極好，并且熔點(diǎn)超過3000℃，燒結(jié)時(shí)也不會(huì)熔化，而是彌散在碳化鎢基體中，抑制形核長大，阻礙晶粒粗化，強(qiáng)化基體，有效改善基體耐磨性。

本發(fā)明的有益效果是：與傳統(tǒng)的葉片相比，本發(fā)明所述的葉片鑲嵌材料，以碳化鎢為基體，按照一定的配比加入石墨烯，在此配比下兩者有機(jī)的結(jié)合，石墨烯的加入極大限度的阻礙了晶粒長大，使組織細(xì)化，且燒結(jié)體中較大的層片組織減少，不均勻化程度降低，而又不會(huì)使材料因石墨烯的過量加入使強(qiáng)度降低，大大增加了材料的強(qiáng)度，并輔以鈷粉、銅粉、氮化鈦粉、鋁粉，經(jīng)過混合、壓制、燒結(jié)后得到一塊鑲嵌材料，鑲嵌在拋丸器葉片本體上，采用了粉末冶金技術(shù)提高了拋丸器葉片硬度、耐磨性、耐沖擊性能并提高了生產(chǎn)效率。而燒結(jié)工藝中對(duì)于生胚的預(yù)氧化處理及溫度和壓力的控制有利于基體組織與石墨烯的充分結(jié)合，進(jìn)一步增加了材料的性能。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明所述的粉末冶金件的原料配比，該配比尤其適用于制作拋丸器葉片鑲嵌材料。

葉片鑲嵌材料的制備方法是，其步驟為：

1）混料：先將50%的碳化鎢裝入球磨機(jī)中，然后再將石墨烯粉、鈷粉、銅粉、氮化鈦粉、鋁粉加入到球磨機(jī)中用剛玉研磨石進(jìn)行球磨，球磨1小時(shí)后再將剩余的碳化鎢裝入球磨機(jī)中，繼續(xù)球磨1小時(shí)，球磨時(shí)的球料比為5：1，球磨均勻后過篩（粒度300目），放置12小時(shí)，得到碳化鎢基混合粉末；

2）壓制：將步驟（1）中得到的混合粉末裝到模具中，采用雙向壓制進(jìn)行壓制成型，壓力為500-600mpa；

3）燒結(jié)：壓制成型的生胚放入網(wǎng)帶燒結(jié)爐中，埋在氧化鋁粉中并在空氣中加熱到450℃，保溫30分鐘進(jìn)行預(yù)氧化處理，在粉末顆粒表面獲得一定厚度的氧化層；然后在氫氣氛（低于-20℃的露點(diǎn)）中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1460℃，壓力為500-600mpa，110分鐘。最后冷卻出爐，完成工件；

4）對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行性能測試。

實(shí)施例1：

碳化鎢粉400g，鈷36g，銅8g，氮化鈦14g，鋁粉8g，按上述工藝制備。

實(shí)施例2：

碳化鎢粉400g，石墨烯3.2g，鈷36g，銅8g，氮化鈦14g，鋁粉8g，按上述工藝制備。

實(shí)施例3

碳化鎢粉400g，石墨烯3.6g，鈷36g，銅8g，氮化鈦14g，鋁粉8g，按上述工藝制備。

實(shí)施例4

碳化鎢粉400g，石墨烯4g，鈷36g,銅8g，氮化鈦14g，鋁粉8g，按上述工藝制備。

實(shí)施例5

與實(shí)施例3相同，其不同點(diǎn)在于本實(shí)施例的制備方法在步驟（1）混料中，碳化鎢是一次性全部加入的。

實(shí)施例6

與實(shí)施例3相同，其不同點(diǎn)在于本實(shí)施例的制備方法在步驟（3）燒結(jié)步驟中，燒結(jié)溫度：1400℃。

實(shí)施例7

與實(shí)施例3相同，其不同點(diǎn)在于本實(shí)施例的制備方法在步驟（3）燒結(jié)步驟中，燒結(jié)溫度：1500℃。

實(shí)施例8

與實(shí)施例3相同，其不同點(diǎn)在于本實(shí)施例的制備方法在步驟（3）燒結(jié)步驟中，燒結(jié)溫度：1550℃。

實(shí)施例9

與實(shí)施例3相同，其不同點(diǎn)在于本實(shí)施例的制備方法在步驟（3）燒結(jié)步驟中，燒結(jié)時(shí)間80分鐘。

實(shí)施例10

與實(shí)施例3相同，其不同點(diǎn)在于本實(shí)施例的制備方法在步驟（3）燒結(jié)步驟中，燒結(jié)時(shí)間130分鐘。

實(shí)施例1-10硬度、抗壓強(qiáng)度、沖擊韌性對(duì)比表如下表所示：

由上表可以看出，石墨烯的加入極大限度的阻礙了晶粒長大，使組織細(xì)化，鑲嵌材料的各項(xiàng)力學(xué)性能隨著石墨烯的加入量增加逐漸改善，且加入石墨烯后，燒結(jié)體中較大的層片組織減少，不均勻化程度降低，這也使得各項(xiàng)力學(xué)性能提高，但當(dāng)石墨烯的量超到100：0.9時(shí)再繼續(xù)加入石墨烯，各項(xiàng)力學(xué)性能開始下降，這是因?yàn)槭┑牧窟^多，不能完全和基體反應(yīng)，聚集的石墨烯降低了材料強(qiáng)度，且碳含量過高使耐磨性大大降低，這些因素造成材料性能下降，可見碳化鎢與石墨烯在一定配比下可顯著提高葉片硬度、抗壓強(qiáng)度，沖擊韌性。

而燒結(jié)溫度過高和時(shí)間過長，將降低材料的強(qiáng)度、硬度及沖擊韌性等力學(xué)性能，甚至出現(xiàn)制品過燒缺陷；燒結(jié)溫度過低或時(shí)間過短，材料會(huì)因欠燒使空隙率過大、致密度過低，從而引起性能下降。

綜上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用來限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所述方法、配方、特征及精神所作的均等變化與修飾，均應(yīng)包括在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。