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CN117467907A - 复合材料及其制备方法、零件、转轴、折叠屏和电子设备 - Google Patents

复合材料及其制备方法、零件、转轴、折叠屏和电子设备 Download PDF

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CN117467907A
CN117467907A CN202210867499.0A CN202210867499A CN117467907A CN 117467907 A CN117467907 A CN 117467907A CN 202210867499 A CN202210867499 A CN 202210867499A CN 117467907 A CN117467907 A CN 117467907A
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composite material
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邹纯
蔡明�
徐小明
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Huawei Technologies Co Ltd
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Abstract

本申请提供了一种复合材料及其制备方法、零件、转轴、折叠屏和电子设备。该复合材料包括基材和设于基材至少部分表面的耐磨层；其中，基材的屈服强度大于等于1500MPa；耐磨层含有硬质相和粘结相，耐磨层的硬度大于等于900HV，耐磨层中，硬质相的质量占比为70～90％，粘结相的质量占比为10～30％；粘结相的组分与基材的组分至少存在三种相同组分元素。该复合材料在具有高强度的基础上还具有较高的耐磨性能，可应用于需要高强度高耐磨性能的转轴零件，以提高折叠设备的可靠性。

Description

复合材料及其制备方法、零件、转轴、折叠屏和电子设备
技术领域
本申请涉及材料领域，具体涉及一种复合材料及其制备方法、零件、转轴、折叠屏和电子设备。
背景技术
金属注射成型(metal injection molding，MIM)工艺可用于制备各种小型精密结构件，其中，折叠电子设备，例如折叠手机的转轴，大部分零部件均为MIM件。折叠手机的转轴用MIM件一般采用不锈钢或高强钢制备，例如17-4PH、420W等钢材。随着折叠手机轻薄化的发展，其转轴也需向轻量化的方向转变，转轴的零件尺寸变小，摩擦副接触面积随之变小，零件材料耐磨性能不足的问题越来越突出，因此，目前的转轴用MIM钢材已不能满足耐磨性的要求。例如，在折叠手机的开合过程中，由于材料耐磨性不足，转轴零件会不断磨损，导致其结构发生变化，长时间开合后，转轴开合阻尼力下降，折叠手机弯折手感变差，严重者可损坏折叠手机的开合功能，进而影响消费者体验。因此，现有的MIM钢材已无法满足转轴在轻量化后对高强度和高耐磨性要求，进而影响折叠设备的可靠性。
发明内容
本申请提供了一种复合材料及其制备方法、零件、转轴、折叠屏和电子设备，该复合材料在具有高强度的基础上还具有较高的耐磨性能，可应用于需要高强度高耐磨性能的转轴零件，以提高折叠设备的可靠性。
第一方面，本申请提供一种复合材料，该复合材料包括基材和设于基材至少部分表面的耐磨层；其中，基材的屈服强度大于等于1500MPa；耐磨层含有硬质相和粘结相，耐磨层的硬度大于等于900HV，耐磨层中，硬质相的质量占比为70～90％，粘结相的质量占比为10～30％；粘结相的组分与基材的组分至少存在三种相同组分元素。
本申请提供的复合材料，基材的屈服强度大于等于1500MPa，其可为复合材料提供高强度，耐磨层包括质量占比70～90％的硬质相，该耐磨层的硬度大于等于900HV，由此，耐磨层可为复合材料提供高硬度。其中，耐磨层中的粘结相一方面对硬质相起到粘结作用，使硬质相形成一个完整的结构层，另一方面，粘结相与基体中至少存在三种相同组成元素，这样，可增加基材和耐磨层的相容性，减少基材和耐磨层之间的界面缺陷，避免界面处产生裂纹，进而可提高基体与耐磨层之间的结合强度。该复合材料可应用于制作表面需要耐磨、基体需要高强韧的精密零件，例如折叠手机转轴的关键部件，利用该复合材料制作的转轴零件，既具有较高的基体强度，又具有优异的耐磨性能，从而可提高转轴的可靠性和使用寿命。
在一种可能的实现方式中，基材的断后伸长率大于等于5％。这样，基材在具体由高强度的同时，还具有较高的韧性，以更有利于制备承力结构件。
在一种可能的实现方式中，各相同组分元素之间在粘结相中的质量比与在基材中的质量比相近或相同。示例性地，各相同组分元素之间在粘结相中的质量比与各相同组分元素之间在基材中的质量比相差在3％以内。这样，可进一步提高耐磨层与基材之间的共熔性，通过对复合材料的微观结构分析可知，当粘结层与基材存在至少3种相同组分元素，且相同组分元素的配比在粘结层和基材中的相同或相近时，耐磨层和基材之间可形成较好的冶金结合界面，界面结合处可无裂纹存在。
在一种可选的实现方式中，以基材的重量百分比计，基材的组分包括：Co 7～11％、Cr 8～9％、Ni 6～7％、Mo 5.5～6.5％、Nb 0.1～1％、C≤0.1％、以及余量的Fe和不可避免的杂质。该组分的合金为高强度合金，其屈服强度≥1500MPa，断后伸长率≥5％，以提供高强度和高韧性的基材。
在一种可选的实现方式中，粘结相的组分包括钴元素、铬元素、镍元素、钼元素、铌元素或铁元素中的至少三种。
在一种可选的实现方式中，粘结相的组分包括钴元素和铬元素，钴元素和铬元素的总含量在耐磨层中的质量占比≥7.2％。其中，钴元素和铬元素对硬质相颗粒有良好的界面浸润性，对硬质相能起到良好的粘结作用，可有效提高耐磨层中各组分之间的结合强度。另外，钴元素和铬元素控制在7.2％及以上，可以降低耐磨层的脆性，减小耐磨层在使用工况中出现脆性开裂的风险。
在一种可选的实现方式中，粘结相的组分包括镍元素和钼元素中的至少一种，且镍元素和钼元素的总含量在耐磨层中的质量占比≥2.8％。其中，镍元素和钼元素对硬质相颗粒也有良好的界面浸润性，对硬质相能起到良好的粘结作用，可有效提高耐磨层中各组分之间的结合强度。另外，钼元素还能够促进镍元素和硬质相的界面浸润性，进一步提高耐磨层的致密性和强韧性。
在一种可选的实现方式中，粘结相的组分包括以下组合中的至少一种：Co-Cr-Mo、Co-Cr-Ni、Co-Cr-Ni-Mo、或Co-Cr-Ni-Mo-Fe；当粘结相为Co-Cr-Ni-Mo-Fe时，Co、Cr、Ni、Mo和Fe的含量按等原子比进行控制。上述组分的粘结相，既可对硬质相起到良好的浸润效果，以提高耐磨层中硬质相和粘结相之间的结合强度，又可与基材形成良好的相容性，进而可进一步提高耐磨层与基材之间的结合强度。
在一种可选的实现方式中，硬质相的组成包括碳化钨。选择碳化钨作为硬质相，可显著提高耐磨层的耐磨性能。在一种可选的实现方式中，碳化钨为粉末状，其粒径为0.5～5μm。将碳化钨的粒径控制在上述范围内，可有利于提高耐磨层的致密度。
在另一种可选的实施方式中，硬质相的组成还包括碳化钽、碳化钛或碳化铌中的至少一种，且碳化钽、碳化钛和碳化铌的总添加量在耐磨层中的质量占比≤3％。添加碳化钽、碳化钛或碳化铌可起到细化晶粒的作用，进而提高耐磨层的强度和韧性，以进一步提高耐磨层的耐磨性能。在一种可选的实现方式中，碳化钽、碳化钛或碳化铌的粒径均小于1μm，且其粒径应小于碳化钨的粒径，利用该粒径的碳化钽、碳化钛或碳化铌作为辅助硬质相，可有利于提高耐磨层的致密度，进一步提高耐磨层的耐磨性能。
在一种可选的实现方式中，耐磨层通过中间过渡层设于基材的至少部分表面，其中，中间过渡层的组分与粘结相的组分相同。中间过渡层的厚度可为0.1～3mm。通过在耐磨层和基材之间设置中间过渡层，可有助于提高耐磨层和基材之间的结合强度。
第二方面，本申请提供一种复合材料的制备方法，该制备方法包括：利用金属注射成型方法或粉末冶金方法在基材的至少部分表面形成耐磨层，得到复合材料。
本申请可利用金属注射成型方法或粉末冶金方法制备形成复合材料，其中，可利用金属注射成型方法制备各种结构复杂的精密零部件，使其需要耐磨的部位具有极佳的耐磨性能，而基材则具有高强度和高韧性，以便于制作承力构件。而对于结构相对简单的结构件，还可利用粉末冶金的方法制备。
在一种可选的实现方式中，利用金属注射成型方法在基材的至少部分表面形成耐磨层，包括：分别将基材喂料和耐磨喂料进行金属注塑形成复合生坯，其中，复合生坯包括基材生坯和设于基材生坯至少部分表面的耐磨生坯；复合生坯经脱脂、烧结和热处理，得到复合材料。通过金属注射形成复合生坯，可便于制作各种形状的零部件，尤其可便于制作复杂结构的零部件。由于耐磨层中所用的粘结相与基材至少存在一种相同组分元素，因此，在基材生坯和耐磨生坯的共烧结过程中，可增加基材生坯和耐磨生坯的烧结相容性，实现复合材料的界面无缝连接。该制备方法可实现复杂结构产品的量产，更利于工业化的生产。
在一种可选的实现方式中，形成复合生坯包括：将基材喂料注入注塑机，经注射成型形成基材生坯；将耐磨喂料注入注塑机，经注射成型在基材生坯的至少部分表面形成耐磨生坯，获得复合生坯；或，将耐磨喂料注入注塑机，经注射成型形成耐磨生坯；将基材喂料注入注塑机，经注射成型在耐磨生坯的表面形成基材生坯，得复合生坯；其中，注射成型的温度为170～220℃，压力50～200MPa。通过优化注射成型的温度和压力，可避免所得复合生坯内部出现孔洞等缺陷，以形成结构致密的基材和耐磨层。
在一种可选的实现方式中，脱脂为催化脱脂，催化脱脂的温度为170～220℃，催化脱脂的时间2～4h，催化剂为发烟硝酸，发烟硝酸的通入量为0.5～3.5g/min。
在一种可选的实现方式中，烧结的气氛为真空气氛或惰性气氛，烧结温度为1200～1370℃，烧结时间1.5～8h。通过优化烧结温度和烧结时间，可使基材形成高强度合金，同时可使硬质相和粘结相形成硬质合金层，即耐磨层，同时，还可使耐磨层中粘结相和基材之间元素扩散融合，减少基材和耐磨层之间的界面缺陷，提高两者之间的结合强度。
在一种可选的实现方式中，热处理包括真空固溶处理和真空时效处理，真空固溶处理的温度为800～1100℃，时间1.5～2.5h；真空时效处理的温度为480～550℃，时间3～5h。通过真空固溶处理和真空时效处理，可避免复合材料在热处理中发生氧化和变色，从而获得耐磨性能以及韧性更高的复合材料。
在一种可选的实现方式中，基材喂料包括基材粉末和粘结剂，基材喂料中，基材粉末与粘结剂的体积比为60～65:35～40，基材粉末与粘结剂经密炼形成基材喂料；耐磨喂料包括耐磨粉末和粘结剂，耐磨粉末包括硬质相粉料和粘结相粉料；耐磨喂料中，耐磨粉末与粘结剂的体积之比为60～65:35～40；耐磨粉末和粘结剂经密炼形成耐磨喂料。
通过限定基材喂料中基材粉末和粘结剂的比例，并限定耐磨喂料中耐磨粉末和粘结剂的比例，可有利于MIM工艺的进行，形成各种复杂形状的坯体，并可使所得坯体的强度、致密度满足要求。
在一种可选的实现方式中，利用粉末冶金方法在基材的至少部分表面形成耐磨层，包括：先将基材粉末预压成型形成基材生坯，预压成型的压力为0.5～3MPa；将耐磨粉末置于基材生坯的表面，与基材生坯共同加压成型，加压成型压力为5～20MPa，形成复合生坯；复合生坯经烧结和热处理，得到复合材料。通过限定预压成型的压力和加压成型中的压力，可获得所需性能的坯体，并可有利于烧结形成合金。
在一种可选的实现方式中，基材粉末的粒径D50为3～18μm。通过限定基材粉末的粒径，可方便注射形成以及脱脂过程，并且在烧结过程中可有效避免出现晶粒粗大或者过烧问题，提高复合材料的强度和韧性。在一种可选的实现方式中，耐磨粉末包括硬质相粉末和粘结相粉末，硬质相粉末的粒径为0.5～5μm。
在一种可选的实现方式中，在基材的至少部分表面形成中间过渡层，并在中间过渡层的表面形成耐磨层，得到复合材料。在一些实现方式中，通过设置中间过渡层，可提高耐磨层和基材之间的结合强度，有利于形成结构更稳定的复合材料。
其中，本申请上述各可能实现方式中的数据，例如基材的屈服强度、硬质相的硬度、硬质相的质量占比、粘结相的质量占比、制备方法中的温度、压力等数据，在测量时，工程测量误差范围内的数值均应理解为在本申请所限定的范围内。
第三方面，本申请提供一种零件，该零件可利用本申请的复合材料制备形成。
本申请的零件，利用本申请第一方面的复合材料制备形成，由于本申请的复合材料具有高强度和高耐磨性，因此，本申请的转轴也具有同样的性能，从而该转轴具有较长的使用寿命。
第四方面，本申请提供一种转轴，该折叠转轴中的需要实现耐磨的部位的零件为本申请第三方面的零件，即本申请第三方面的零件可作为转轴中的耐磨零件。
本申请的转轴，包括本申请第三方面的零件，在本申请的零件具有高强度和高耐磨性，因此，本申请的转轴也具有同样的性能，从而该转轴具有较长的使用寿命。
第五方面，本申请提供折叠屏，该折叠屏包括本申请的转轴。
本申请的转轴，在其易磨损部位设置利用本申请复合材料制作的零件，可提高转轴的耐磨性，从而可提高转轴的使用寿命，在转轴具有更长使用寿命的基础上，本申请的折叠屏也可获得同样的效果。
第六方面，本申请还提供一种电子设备，包括本申请的折叠屏。
其中，本申请的电子设备包括但不限于折叠手机、折叠电脑、折叠电视等。
该电子设备可以达到的技术效果，可以参照上述第五方面中的相应效果描述，这里不再重复赘述。
附图说明
图1为一种实施例的复合材料的结构示意图；
图2为一种实施例复合材料中基材和耐磨层界面结合处的结构示意图；
图3为另一种实施例的复合材料的结构示意图；
图4为一种实施例的复合生坯的结构示意图；
图5为另一种实施例的复合生坯的结构示意图；
图6为另一种实施例的复合生坯的结构示意图；
图7为一种实施例零部件的基材生坯的结构示意图；
图8为一种实施例零部件的复合生坯的结构示意图。
附图标记：
11-复合材料；12-基材；13-耐磨层；131-硬质相；132-粘结相；14-中间过渡层；
21-复合生坯；22-基材生坯；23-耐磨生坯；24-过渡层生坯。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。
以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。
在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
MIM是将金属粉末与粘结剂的增塑混合料注射于模具中成形坯件，并通过脱脂和烧结致密化得到所需形状的零件的制备方法。MIM工艺可用于制备各种小型精密结构件，其中，折叠手机转轴上的零部件一般均采用MIM工艺加工而成。现有折叠手机转轴的MIM件所用材料一般以17-4PH、420W等不锈钢为主，随着折叠手机轻薄化发展，对MIM钢强度要求越来越高，导致现有MIM钢材料耐磨性能不足的问题越来越突出。硬质合金通常是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，硬质合金具有非常优异的耐磨性能，可广泛用于制备各种切削刀具、钻具、模具，但是硬质合金脆性较大，难以应用于承力结构件上，且硬质合金通常以粉末冶金方法制备，无法直接成形小型精密结构件。因此，现有的单一体系的材料难以满足高品质零部件的需求，开发一种兼顾高强韧和高耐磨性能且可用于MIM件的复合材料具有极高的应用前景和市场价值。
鉴于上述问题，本申请实施例提供一种复合材料，图1为本申请一种实施例的复合材料的结构示意图，如图1所示，该复合材料11包括基材12和耐磨层13。
其中，基材12为高强度基材，其屈服强度大于等于1500MPa，硬度可≥500HV，断后伸长率可≥5％，以提供高强度和高韧性的基材。在一种优选实施例中，以所述基材12的重量百分比计，所述基材12的组分可包括：Co 7～11％、Cr 8～9％、Ni 6～7％、Mo 5.5～6.5％、Nb 0.1～1％、C≤0.1％、以及余量的Fe和不可避免的杂质。示例性地，基材12的材料可选择能够MIM成形的Fe-Co-Cr-Ni-Mo系高强钢，例如00Cr8Ni7Co8Mo6Nb钢。
图2为基材12和耐磨层13界面结合处的结构示意图。参照图2，耐磨层13包括硬质相，以耐磨层13的重量为基准计算，硬质相131的质量占比可为70～90％，示例性地，硬质相131在耐磨层13中的质量占比例如可为70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％或90％。
其中，硬质相131的硬度大于等于900HV，硬质相131可包括碳化钨，参照图1，耐磨层13的硬质相131在耐磨层13中可以颗粒状形式存在，其粒径大小可为0.5～5μm。
硬质相131中，还可在包含碳化钨的基础上选择性地添加TiC、TaC、NbC等碳化物，具体可添加其中的一种，还可添加其中的两种，还可添加其中的三种，以提高硬质相131的综合性能。当添加TiC、TaC、NbC等碳化物时，TiC、TaC、NbC等碳化物的粒径大小可控制在1μm以下。另外，当硬质相131中包括TiC、TaC、NbC等碳化物时，TiC、TaC和NbC总的添加量在耐磨层13中的质量占比不应超过3％。
继续参照图2，耐磨层13中除包括硬质相131外，还包括粘结相132。粘结相132填充在硬质相131之间，对硬质相131之间的颗粒起到粘结作用，以形成稳定结构的耐磨层13。其中，耐磨层13中，所述粘结相132的质量占比可为10～30％。示例性地，粘结相132在耐磨层13中的质量占比例如可为10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％或30％。
一并参照图1和图2，粘结相132除起到粘结硬质相131的作用外，还可起到与基材12粘结的作用，提高基材12与耐磨层13之间的结合强度。其中，粘结相132与基材12中的组分中至少存在三种相同组分元素，在复合材料11的制备过程中，相同组分元素可提高耐磨层13与基材12的相容性，进而提高耐磨层13与基材12连接结合强度。其中，各相同组分元素之间在粘结相132中的质量比与其在基材12中的质量比相同或相近。例如，各相同组分元素的任意两个元素之间的质量比在粘结相132与在基材12中的比例之差均可控制在3％以内。以进一步提高耐磨层13与基材12的相容性，提高两者之间的结合强度。
示例性地，当基材12选用Fe-Co-Cr-Ni-Mo系高强钢时，粘结相132可选自Co元素、Cr元素、Ni元素、Mo元素、Nb元素或Fe元素中的至少一种。进一步地，粘结相132可优选含有Co元素和Cr元素，当粘结相132至少含有Co元素和Cr元素时，Co元素和Cr元素的总含量在耐磨层13中的质量占比可≥7.2％。在一种示例性实施例中，粘结相132除包括Co元素和Cr元素外，还可包括Ni元素和Mo元素中的至少一种，当粘结相132中含有Ni元素和/或Mo元素时，Ni元素和Mo元素的总含量在所述耐磨层13中的质量占比可≥2.8％。
作为优选示例性说明，当基材12选用Fe-Co-Cr-Ni-Mo系高强钢时，所述粘结相132的组分包括以下组合中的至少一种：Co-Cr-Mo、Co-Cr-Ni、Co-Cr-Ni-Mo、或Co-Cr-Ni-Mo-Fe。其中，上述粘结相132中的各元素之间的质量比与其在基材12中的质量比相近，例如，各元素之间的质量比可控制在3％以内。选用上述组分的粘结相132，可进一步提高耐磨层13与基材12之间的结合强度。粘结相132以Co-Cr-Mo为例，Co、Cr与Mo之间任意元素间的比例关系在粘结相132中以及在基材12中是相似或相同的比例关系，例如粘结相中，Co与Cr之间的质量比为y11，基材12中，Co与Cr之间的质量比为y12，y11和y12相差在3％以内；粘结相中，Co与Mo之间的质量比为y21，基材12中，Co与Mo之间的质量比为y22，y21和y22相差在3％以内；其他元素的比例也可做类似理解。当所述粘结相132为Co-Cr-Ni-Mo-Fe时，Co、Cr、Ni、Mo和Fe的含量可按等原子比进行控制。其中，Co、Cr、Ni、Mo和Fe按等原子比进行控制时，在测量时，工程测量误差范围内的数值均应理解为在本申请所限定的范围内。
图3为本申请另一种实施例的复合材料11的结构示意图，与图1所示实施例区别在于，图3所示复合材料11中还包括中间过渡层14。该中间过渡层14设置于耐磨层13和基材12之间，耐磨层13可通过中间过渡层14设置在基材12的表面。其中，所述中间过渡层14的组分与所述粘结相132的组分相同，以增加中间过渡层14与耐磨层13的相容性。所述中间过渡层14的厚度可为0.1～3mm。通过在耐磨层13和基材12之间设置中间过渡层14，可有助于提高耐磨层13和基材12之间的结合强度。
以上对复合材料11的结构和组成做了说明，以下将对其具体制备方法做进一步详细说明。
本申请实施例提供一种上述复合材料的制备方法，该制备方法可利用金属注射成型方法或粉末冶金方法在所述基材的至少部分表面形成所述耐磨层，以获得上述复合材料。
其中，在本申请一种实施例中，利用金属注射成型方法在所述基材的至少部分表面形成所述耐磨层，包括以下步骤S11～步骤S17。
步骤S11、制备耐磨粉末
提供硬质相粉末，例如碳化钨粉末，粉末的粒径为0.5～5μm，可选择性地添加TaC、TiC、或NbC粉末，粉末粒径＜1μm；根据需要选择粘结相粉末，金属钴粉、铬粉、镍粉、钼粉或铁粉中的至少三种。
将硬质相粉末和粘结相粉末置于球磨机中进行球磨，球料比可为3:1，以酒精为介质湿磨20～30h混合均匀，然后喷雾干燥制粉，获得耐磨粉末。
步骤S12、制备基材粉末
按成分重量比配料，作为示例性说明，选择以下重量百分比的原料：Co 7～11％，Cr 8～9％，Ni 6～7％，Mo 5.5～6.5％，Nb 0.1～1％，C≤0.1％，Fe余量，其中，各金属粉末的粒径D50可为3～18μm，各原料混合后可获得基材粉末。
步骤S13、制备基材喂料和耐磨喂料
将耐磨粉末与粘结剂按体积比58～63:37～42进行混合，然后加入密炼机混炼，密炼温度170～210℃，时间2～4h，叶片转速20r/min，混合后得到膏状喂料；将混合均匀的膏状喂料移入造粒机，造粒机的螺杆将逐渐冷却的膏状喂料通过模头挤出形成条状喂料，旋转刀片将条状喂料切成2～3mm长度的圆柱状颗粒，获得可直接用于模塑成形的耐磨喂料。
参照相同的制备方法制作基材喂料。制备的基材喂料可具有与耐磨喂料相同的粉末装载量。相同的粉末装载量为基材喂料中的基材粉末与耐磨喂料中的耐磨粉末的体积占比相同，也即添加了同样量的粘结剂。
其中，粘结剂成分可由聚甲醛(polyoxymethylene，POM)、乙烯-醋酸乙烯酯(ehylene-vinyl acetate，EVA)、聚乙烯(polyethylene，PE)、石蜡(paraffin wax，PW)和硬脂酸(stearic acid，SA)组成。作为示例性说明，上述几种粘结剂成分之间的重量比例如可为POM：EVA：PE：PW：SA＝89：1：5：2：1。可以理解的是，上述重量比仅为一种示例性说明，具体的粘结剂的成分组成以及原料配比还可根据具体的耐磨粉末的不同而做相应的调整，在此不对粘结剂的具体组成以及配比做特殊限定。
步骤S14、金属注射成型
将步骤S13制备的耐磨喂料加入注塑机料斗，在成形温度170～220℃，成形压力50～200MPa条件下注射成形，获得结构件的A部分；再将注射好的A部分嵌套进入注塑件的模具中，用基材喂料进行注射，注射工艺参数可参照耐磨喂料的注射工艺。注射好的复合生坯21如图4所示，A部分为耐磨生坯23，B部分为基材生坯22。
可以理解的是，结合图4，在金属注射成型过程中，可先注塑形成耐磨生坯23，再注塑形成基材生坯22，以获得复合生坯21；还可对耐磨生坯23和基材生坯22的形成过程进行对调，即可先注塑形成基材生坯22，再注塑形成耐磨生坯23，以获得复合生坯21。具体的耐磨生坯23和基材生坯22的制备顺序可不做限定。
步骤S15、脱脂
将步骤S14获得的复合生坯平放在氧化铝陶瓷承烧板表面，放入催化脱脂炉中，在温度110～130℃下进行催化脱脂，发烟硝酸通入量为0.5～3.5g/min，脱脂时间2～4h。
步骤S16、烧结
将经催化脱脂后的复合生坯连同氧化铝陶瓷承烧板一起放入烧结炉中，在真空或Ar、H2气氛中烧结，烧结温度1200～1370℃，时间1.5～8h。
步骤S17、热处理
将烧结后获得的烧结坯，置于真空热处理炉中固溶处理，温度800～1100℃，时间1.5～2.5h；然后再进行真空时效处理，温度480～550℃，时间3～5h，最终获得本申请实施例的复合材料。
通过上述方法制备的复合材料，其耐磨层的硬度≥900HV，具有极佳的耐磨性能；且基材12的硬度≥500HV，屈服强度≥1500MPa，断后伸长率≥5％，具有良好的强度和韧性。
在本申请另一种实施例中，可利用粉末冶金方法制备复合材料，具体可包括以下步骤S21～步骤S25。
步骤S21、制备耐磨粉末
步骤S22、制备基材粉末
其中，步骤S21制备耐磨粉末的步骤与步骤S11相同，步骤S22的制备基材粉末的过程与步骤S12相同，在此不再重复赘述。
步骤S23、粉末压制成型
将基材粉末装载到加压模具中，施加0.5～3MPa压力预压，形成如图5B部分所示的基材生坯22；然后再装载耐磨粉末，并施加5～20MPa压力将粉末压制成复合生坯21，其中图5中的A部分为耐磨生坯23。
步骤S24、烧结
复合生坯连同氧化铝陶瓷承烧板一起放入烧结炉中，在真空或Ar、H2气氛中烧结，烧结温度1200～1370℃，时间1.5～8h。
步骤S25、热处理
将烧结后获得的烧结坯，置于真空热处理炉中固溶处理，温度800～1100℃，时间1.5～2.5h；然后再进行真空时效处理，温度480～550℃，时间3～5h，最终获得本申请实施例的复合材料11。
在另一种实施例中，可在耐磨层和基材之间设置中间过渡层，包括中间过渡层的复合材料的制备方法可包括如下步骤S31～步骤S35：
步骤S31、制备耐磨粉末以及中间过渡层粉末
制备耐磨粉末的步骤与步骤S11相同，在此不再重复赘述。
中间过渡层粉末的制备与耐磨粉末中粘结相组成以及制备方法相同。
步骤S32、制备基材粉末
制备基材粉末的步骤与步骤S12相同，在此不再重复赘述。
步骤S33、粉末压制成型
结合图6，将基材粉末装载到模具中，施加0.5～3MPa压力预压，形成基材生坯22，如图6中B部分所示；然后再装载中间过渡层粉末，施加0.5～3MPa压力预压，形成过渡层生坯24，如图5中C部分所示；最后装载耐磨粉末，施加5～20MPa压力将粉末压制成复合生坯21，其中，耐磨生坯23如图5中A部分所示。
步骤S34、烧结
复合生坯连同氧化铝陶瓷承烧板一起放入烧结炉中，在真空或Ar、H2气氛中烧结，烧结温度1200～1370℃，时间1.5～8h。
步骤S35、热处理
将烧结后获得的烧结坯，置于真空热处理炉中固溶处理，温度800～1100℃，时间1.5～2.5h；然后再进行真空时效处理，温度480～550℃，时间3～5h，最终获得本申请实施例的复合材料11。
下面结合图7和图8，以一种具体的零部件的结构为例，说明利用MIM方法制备复合材料11的过程，该复合材料11的制备方法包括如下步骤S41～步骤S47：
步骤S41、制备耐磨粉末
步骤S42、制备基材粉末
步骤S43、制备基材喂料和耐磨喂料
其中，步骤S41～步骤S43的制备步骤与步骤S11～步骤S13相同，在此不再重复赘述。
步骤S44、金属注射成型
将基材喂料加入注塑机料斗，在成形温度170～220℃，成形压力50～200MPa条件下注射成形，获得零件的主体部分(如图7所示)；再将注射好的零件主体生坯，即基材生坯22嵌套进入模具中，在对耐磨喂料进行注射，注射好的完整的零件生坯，即复合生坯21如图8所示，其中，耐磨生坯23位于基材生坯22的局部位置，在最终形成的零部件中为零部件需要耐磨的部位。
步骤S45、脱脂
步骤S46、烧结
步骤S47、热处理
步骤S45～步骤S47的制备步骤与步骤S15～步骤S17相同，在此不再重复赘述。
以上对本申请复合材料11的制备方法做了解释说明，为了说明本申请实施例复合材料11的性能，以下将结合具体实施例对复合材料11的性能进行详细说明。
实施例1～实施例8、对比例1-2
各实施例和对比例分别利用MIM工艺制备转轴用凸轮，其中，凸轮所用的复合材料中，基材采用00Cr8Ni7Co8Mo6Nb钢制备，耐磨层的材料组成列于表1。凸轮的相关制备可参照步骤S41～步骤S47。其中，粘结相中的各元素的重量比与基材中的相同。
表1
分别利用各实施例和对比例的凸轮组成形成转轴，对转轴进行开合测试，每个实施例和对比例对应的样品的数量为3个，开合次数为10万次，然后测试凸轮的最大磨损量，并用显微镜观察耐磨层和基材之间界面处的微观形貌，观察测试结果列于表2。
表2
从表2中的相关测试数据可以看出，利用本申请的复合材料制备的凸轮，经过10万次的开合试验后，其对应的磨损量均在0.05mm以下，而对比例1的磨损量在0.3mm以上，对比例2和对比例3中的界面结合处出现少量裂纹，对比例4更是因界面开裂导致其无法使用。通过上述实验证明，只有当复合材料成分控制在本申请的范围内时，才能获得良好的耐磨效果以及整体性能的提升，当耐磨层的硬质相和粘结相的组成超出本申请限定的范围内时，无法达到提高整体强度以及耐磨性的效果。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (21)

1.一种复合材料，其特征在于，包括基材和设于所述基材至少部分表面的耐磨层，其中，
所述基材的屈服强度大于等于1500MPa；
所述耐磨层含有硬质相和粘结相，所述耐磨层的硬度大于等于900HV，所述耐磨层中，所述硬质相的质量占比为70～90％，所述粘结相的质量占比为10～30％；
所述粘结相的组分与所述基材的组分至少存在三种相同组分元素。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，各所述相同组分元素之间在所述粘结相中的质量比与各所述相同组分元素之间在所述基材中的质量比相差在3％以内。
3.根据权利要求1-2任一项所述的复合材料，其特征在于，以所述基材的重量百分比计，所述基材的组分包括：Co 7～11％、Cr 8～9％、Ni 6～7％、Mo 5.5～6.5％、Nb 0.1～1％、C≤0.1％、以及余量的Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于，所述粘结相的组分包括钴元素、铬元素、镍元素、钼元素、铌元素或铁元素中的至少三种。
5.根据权利要求4所述的复合材料，其特征在于，所述粘结相的组分包括所述钴元素和所述铬元素，所述钴元素和所述铬元素的总含量在所述耐磨层中的质量占比≥7.2％。
6.根据权利要求5所述的复合材料，其特征在于，所述粘结相的组分包括所述镍元素和所述钼元素中的至少一种，且所述镍元素和所述钼元素的总含量在所述耐磨层中的质量占比≥2.8％。
7.根据权利要求4-6任一项所述的复合材料，其特征在于，所述粘结相的组分包括以下组合中的至少一种：Co-Cr-Mo、Co-Cr-Ni、Co-Cr-Ni-Mo、或Co-Cr-Ni-Mo-Fe；当所述粘结相为Co-Cr-Ni-Mo-Fe时，所述Co、所述Cr、所述Ni、所述Mo和所述Fe的含量按等原子比控制。
8.根据权利要求1-7任一项所述的复合材料，其特征在于，所述硬质相的组成包括碳化钨。
9.根据权利要求8所述的复合材料，其特征在于，所述硬质相的组成还包括碳化钽、碳化钛或碳化铌中的至少一种，且所述碳化钽、所述碳化钛和所述碳化铌的总添加量在所述耐磨层中的质量占比≤3％。
10.根据权利要求1-9任一项所述的复合材料，其特征在于，所述耐磨层通过中间过渡层设于所述基材的至少部分表面，其中，所述中间过渡层的组分与所述粘结相的组分相同。
11.根据权利要求10所述的复合材料，其特征在于，所述中间过渡层的厚度为0.1～3mm。
12.一种如权利要求1-11任一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
利用金属注射成型方法或粉末冶金方法在所述基材的至少部分表面形成所述耐磨层，得到所述复合材料。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，利用金属注射成型方法在所述基材的至少部分表面形成所述耐磨层，包括：
分别将基材喂料和耐磨喂料进行注射成型形成复合生坯，其中，所述复合生坯包括基材生坯和设于所述基材生坯至少部分表面的耐磨生坯；
所述复合生坯经脱脂、烧结和热处理，得到所述复合材料。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，形成所述复合生坯包括：
将所述基材喂料注入注塑机，经注射成型形成基材生坯；将所述耐磨喂料注入注塑机，经注射成型在所述基材生坯的至少部分表面形成所述耐磨生坯，获得所述复合生坯；
或，
将所述耐磨喂料注入注塑机，经注射成型形成所述耐磨生坯；将所述基材喂料注入注塑机，经注射成型在所述耐磨生坯的表面形成基材生坯，得所述复合生坯；
其中，注射成型的温度为170～220℃，压力50～200MPa。
15.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，利用粉末冶金方法在所述基材的至少部分表面形成所述耐磨层，包括：
先将基材粉末预压成型形成基材生坯，预压成型的压力为0.5～3MPa；
将耐磨粉末置于所述基材生坯的表面，与基材生坯共同加压成型，加压成型压力为5～20MPa，形成复合生坯；
所述复合生坯经烧结和热处理，得到所述复合材料。
16.根据权利要求12-15任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述基材的至少部分表面形成中间过渡层，并在所述中间过渡层的表面形成所述耐磨层，得到所述复合材料。
17.一种通过如权利要求12-16任一所述的制备方法得到的所述复合材料。
18.一种零件，其特征在于，所述零件利用如权利要求1-11以及17任一项所述的复合材料制备形成。
19.一种转轴，其特征在于，包括如权利要求18所述的零件。
20.一种折叠屏，其特征在于，包括如权利要求19所述的转轴。
21.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求20所述的折叠屏。
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