新材料及其应用

本发明提供了一种废弃刀具增强金属基耐磨复合材料的制备方法及应用，属于耐磨复合材料技术领域。本发明以废弃的硬质合金刀具和或高速钢刀具为增强相，以C‑Si‑Mn系耐磨钢为基体，采用液相烧结法，将废弃的刀具材料和C‑Si‑Mn系耐磨钢基体按一定的比例混合后进行液相烧结，得到废弃刀具增强金属基耐磨复合材料。本发明制备的复合材料具有较高的强度、韧性和可焊性，同时具有较高的可修复性等特点。

在机械加工领域中，切屑刀具加工始终扮演着不可或缺的角色。根据全国加工行业调查显示，我国作为刀具消费大国，年均刀具消费额高于300亿元。刀具在使用过程中，只有5％～10％的材料工作后被磨损消耗，剩余的90％～95％的刀具都是完好无损的。我国硬质合金和高速钢刀具的使用量极大，约为全部刀具使用量的80％左右。废弃硬质合金刀具中具有较高含量的钨、钴元素以及高速钢刀具中含有大量的合金元素(如W、Mo、Cr、V等)，具有很高的再利用价值。废弃刀具的回收再利用多集中于修复和回炉冶炼，受刀具修复技术的限制，修复后的刀具很难达到预期的使用效果，而回炉冶炼的过程复杂且不符合绿色发展战略，致使废弃刀具的再利用率偏低，造成了合金元素与贵重金属的大量浪费。

磨损是导致机械零件材料表面消耗、失效的主要形式。有报道显示，我国每年因磨损所造成的经济损失在百亿美元以上。耐磨材料经历了百年以上的研究与发展，从第一代高锰耐磨钢、第二代高铬铸铁到第三代合金耐磨钢，其综合性能得到了大幅度提高。目前，广泛使用的合金耐磨钢多在Si、Mn的基础上添加合金元素、稀土元素，得到马氏体耐磨钢、贝氏体耐磨钢和马氏体/铁素体、马氏体/贝氏体、贝氏体/奥氏体复式耐磨钢。合金元素的添加使材料获得了优异的耐磨性能，但这种对材料资源的依赖性增加了生产成本和回收利用难度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)废弃的硬质合金刀具和高速钢刀具中含有大量的合金元素，虽然年回收率较高，但再利用主要通过修复或回炉冶炼，受刀具修复技术以及回炉冶炼高排放的限制，使废弃刀具的再利率偏低。本发明将刀具材料作为复合材料的增强相，实现了刀具材料的高再利用率，对废旧刀具回收再利用、绿色环保，且提高了复合材料性能，并对复合材料的制备和服役过程中所涉及的基本科学问题和机理等展开深入研究，具有重要实际意义。

2)本发明采用液相烧结法制备复合材料，提高了废弃刀具和钢基体之间的界面润湿的时间。为保证冶金界面层高效形成及基体性能的改善，添加废弃刀具增强钢基复合材料的界面形成机理、原子扩散机制和性能特性，具有重要的科学价值。

3)本发明中耐磨块体可进行各种尺寸、形状的加工，且可根据耐磨部件的使用需求采用熔化极气体保护焊和等离子焊的方式固定耐磨部件，且对废弃刀具的形状、尺寸没有要求，大幅度提高了废弃刀具的回收率和再利用率。

4)本发明将废弃刀具和钢基体通过液相烧结法复合，制备出高性能、高附加值的耐磨复合材料，并为废弃刀具的绿色、高效再利用开辟新的途径。