具体实施方式

为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义或说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。

[电子设备]

为了方便理解本申请实施例提供的复合材料，下面首先说明一下其应用场景，该复合材料可以应用于电子设备，示例性的，可以应用于可折叠式的电子设备(移动终端)。具体地，电子设备可以包括但不限于可折叠的手机、平板电脑、笔记本电脑、车载电脑、可折叠显示屏设备(如电视)、可穿戴设备、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)等。另外，本申请的电子设备不限于上述设备，而是可以包括新开发的电子设备。本申请实施例对于上述电子设备的具体形式不作特殊限制。

示例性的，如图1所示，该电子设备可以为折叠式电子设备，例如柔性折叠手机，包括内折机、外折机、三折机等。

该柔性折叠手机可以包括转动机构2(也可称为转轴机构或转轴)、两个主体部分1、柔性显示屏，其中，两个主体部分1可以包括第一壳体和第二壳体，第一壳体和第二壳体通过转动机构2连接，利用转动机构2可以使得第一壳体和第二壳体相对转动，从而实现折叠手机的折叠与展开。如图1所示的柔性折叠手机中间弯折的部分，需要利用转轴机构2进行正常开闭合，也就是，利用转动机构2可以实现折叠手机的折叠与展开。

本申请实施例示意的结构并不构成对折叠手机的具体限定。在本申请另一些实施例中，手机可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。例如手机还可以包括摄像头等器件。

进一步，如图2(c)所示，该柔性折叠手机可以包括转动机构2、两个主体部分1及柔性显示屏3，其中两个主体部分1可以为壳体，例如可以为第一壳体和第二壳体，两个主体部分1通过转动机构2连接，柔性显示屏3可以包括两个固定部302及一个弯曲部301，两个固定部302可以分别与两个主体部分1固定连接，该弯曲部301可以与转动机构2相对设置。其中，图2(c)所示的转动机构2为转动机构的极简示意图。

请继续参阅图2所示，关于转动机构的应用与发展。图2(a)示出了在理想状态下，柔性显示屏3在没有任何约束的情况下自由弯折。图2(b)示出了在中间状态下，柔性显示屏3的非弯折部分，即柔性显示屏3的固定部与结构件如主体部分1粘接固定，而柔性显示屏3的弯折部(弯折区域)无约束，由柔性显示屏3本身自带结构件弯折，近似于理想状态。图2(c)示出了在最终状态下，柔性显示屏3的非弯折部分即两个固定部302分别与主体部分1粘接固定，柔性显示屏3的弯折部301与转动机构2连接，实现弯折及伸缩功能，转动机构2可以主动匹配柔性显示屏改变自身长度，即能模拟柔性显示屏单体弯折状态，又能起到强度支撑及外观遮蔽作用。

示例性的，关于转动机构的进一步示意简图，可以如图3所示。该转动机构可以大致呈现为对称的左右两部分，左右两部分都能绕着中间的导向轴转动，转动时左右两个部分可以通过滑块与转动件之间的滑动方式耦合在一起。两个滑块之间的具有一定长度L保持恒定的连线，该连线所在的位置可以与柔性显示屏所在的位置对应重合。这样，主体部分内的结构件与滑动件固定连接后，转动件可以相对主体部分滑动配合，可以实现可折叠电子设备在转动折叠过程中总的长度不变，而且柔性显示屏不会承受来自转轴滑动需要的驱动力。

需要说明的是，本申请实施例图2、图3示意的转动机构仅仅是示意性的，并不构成对转动机构的具体限定，该转动机构2可以已知的现有可折叠手机中常用的转轴，本申请对其具有结构及连接关系不作特殊限制，因此其结构在此不再详细描述。同样，本申请对于上述两个主体部分、柔性显示屏等的具体结构、连接关系或材料等也不作特殊限制，因此在此不再详细描述。

本领域技术人员理解，为了向用户提供所需的功能，电子设备可包括布置在设备内部的若干器件，本申请对此也不作特殊限制，本领域技术人员可以根据实际需求对各器件的位置或具体结构等进行调整。

[转动机构]

从以上可知，转动机构在折叠手机中起着至关重要的作用，折叠手机正常使用的开合需要依赖于转动机构来完成。然而一般而言，转动机构的结构较为复杂，零部件数量可以从三十几个到上千个不等，转动机构不仅要起到开闭合的作用，还需要起到支撑一部分屏幕的作用，并且还不允许有一定程度的松动，这就要求有一定的阻碍正常开合的作用防止转轴出现松动。

该转动机构的复杂结构，使其会包括较多的相对运动摩擦副，例如齿轮跟齿轮、凸轮跟凸轮等，也就是包括齿轮之间的相对摩擦磨损，或者凸轮与凸轮之间的摩擦磨损，或者凸轮与其他零部件之间的摩擦磨损等。其中，有些运动摩擦副属于面接触、有些运动摩擦副属于线接触、有些运动摩擦副属于点接触，这些接触形式与转轴的结构设计、零部件的制造精度、转轴的装配精度等相关性比较强。这就对齿轮材料、凸轮材料的要求非常高，既要求有一定的强度、又要求有非常高的硬度、且能够耐数十万或几十万次(例如15-25万次)的摩擦磨损后不会产生影响转轴性能的磨损。

其中，齿轮的形状可以如图4所示，齿轮中的齿面为相对运动摩擦面，因而至少对该齿面的材料的要求较高。凸轮的形状可以如图5所示，凸轮中的不规则圆弧面为相对运动摩擦面，因而至少对该不规则圆弧面的材料的要求较高。

现有技术中，齿轮和凸轮的材料主要以钢材为主，特别是不锈钢材料，同时为了节约成本，目前以选择金属粉末注射成型(Metal Injection Molding，MIM)工艺为主。此类不锈钢材料的维氏硬度都在300HV以上，然而纯粹直接用不锈钢材料难以满足当前的耐磨需求，同时耐磨也需要有一定的润滑性能也不能够满足，这成为当前转轴中摩擦磨损类零部件的主要问题。具体地，下面主要以转动机构中的齿轮和凸轮的材料为例对现有的转动机构中的摩擦磨损类零部件的材料进行详细说明，应理解，其他相关的摩擦磨损类零部件也具有相同或类似的问题。

现有技术中，对于凸轮、齿轮的不锈钢材料的处理方式主要包括渗碳处理、物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)处理、渗碳处理和PVD处理的结合处理等。具体地讲：

(1)目前，MIM 420不锈钢及MIM 17-4不锈钢是折叠机转轴齿轮和凸轮所使用的主要材料，并且在实际使用中需要对此类材料进行加硬，加硬的方式以采用渗碳工艺居多，特别是低温等离子渗碳，但是最低温度也有400℃左右。其中，等离子渗碳是继气体渗碳、真空渗碳后采用的第三种渗碳方法。其处理过程是在100-1000Pa下进行，通过高压脉冲电源电离含碳类气氛，形成离子轰击产品表面达到渗碳效果；从而可以有效控制硬化层，减小变形量。

选取部分不锈钢材料进行渗碳处理，渗碳处理的材料的硬度如表1所示。

表1渗碳处理

由表1可以看出，经渗碳处理后，大部分材料的硬度能达到900HV以上，比原不锈钢的硬度300HV以上有较大程度的提高。

然而，虽然一些经渗碳处理后的不锈钢材料能够提高硬度值，但是渗碳仍然属于高温过程，不管是哪种形式的渗碳，最终都可能会对基体的性能产生比较大的影响，特别是基体强度和硬度，最终会影响零部件的正常使用。

再次选取部分不锈钢材料进行烧结、渗碳、热处理及其组合等，对SUS(Steel UseStainless)420试样进行洛氏硬度测试。结果表明，渗碳的高温过程导致不锈钢基材硬度及强度性能下降，不能满足多次循环开合测试，具体测试结果如表2所示。

表2 SUS 420试样洛氏硬度(Rockwell Hardness，HRC)

从表2可以看出，热处理、热处理+渗碳1、热处理+渗碳2(厚)的平均硬度HRC依次减少，表明了性能不断降低。由此说明，渗碳后，材料的本体硬度值有一定程度的下降。

另外，如图6所示，经实际应用结果表明，经渗碳后的不锈钢凸轮，在正常的耐磨运动过程中，导致了凸轮的断裂，而其断裂的原因即可能是渗碳的加热过程对基体本身强度的影响，强度的下降导致长期可靠性严重下降。

(2)现有技术中，对于不锈钢进行PVD加硬处理，例如可以采用类金刚石(Diamondlike Carbon，DLC)膜层处理，其具有一定的耐磨作用。此外，DLC常用于工具和模具表面的耐磨，具有非常好的效果。

虽然，DLC的维氏硬度值较高，一般在1300HV以上，也远远高于MIM不锈钢的基材硬度。但是，DLC的膜层较薄，一般均小于3μm，难以满足15-25万次的长期相互运动磨损，不能完全满足当前的要求。

(3)将上述渗碳处理与DLC膜层处理结合起来，先对不锈钢进行渗碳处理，再进行DLC处理，会使材料的综合耐磨性能有一定的提高。但是，即使将两种方案结合，仍然存在渗碳对基材硬度和强度的减弱影响，以及DLC较薄耐磨长期可靠性一般等问题，难以满足快速发展的市场需求。

综上可知，由于MIM不锈钢的本体硬度较低、维氏硬度在300HV以上，需要对其进行处理。而渗碳的升温降温过程对MIM不锈钢的本体强度和硬度都有一定程度的减弱作用；DLC膜层的硬度虽高、但是膜层太薄难以实现数十万次的相对运动耐磨；当前所有的MIM不锈钢及其表面处理方式都难以实现数十万次的相对运动耐磨，且目前都难以实现自润滑。虽然现有的DLC有一定的润滑作用，但DLC膜层中真正的DLC成分厚度更薄、难以真正有效发挥作用。

因此，如何实现转动机构中摩擦磨损类零部件如齿轮、凸轮的材料，如MIM不锈钢材料在不降低本身强度和硬度的情况下，能够增加硬度和改善长期耐磨性，成为当前亟待解决的问题。另外，若能够提供既可以增加硬度和长期耐磨性，又能实现自润滑的效果的材料，将具有更高的应用价值及市场前景，应用前景更为广阔。而若要既能增加硬度和长期耐磨性，又能实现自润滑的效果，这就要求MIM不锈钢所做的齿轮和凸轮表面层要有较厚的超高硬度层，同时也有一定的自润滑作用。

基于此，为了克服现有技术的不完善，本申请实施例的技术方案提供了一种复合材料，该复合材料可以用于折叠电子设备中的转动机构，进一步可以用于转动机构中的齿轮、凸轮等摩擦磨损类零部件。采用该复合材料的齿轮、凸轮等摩擦磨损类零部件，可以实现硬度较高、长期耐磨性能较佳的效果，可至少实现15-25万次折叠开合所需要的长期耐磨性能。

[复合材料]

在一些具体实施例中，下面将结合具体的实施例和附图对复合材料进行详细的说明。

请参阅图7-图9所示，本申请实施例提供一种复合材料，该复合材料100为层状复合材料，具有多层结构，也就是，复合材料100可以由两层或两层以上的层状结构复合而成。具体地，该复合材料100可以包括层叠设置的基材层101和金属基掺杂层102；也就是，基材层101和金属基掺杂层102均为层状结构，基材层101和金属基掺杂层102相贴合或相覆合设置。

其中，基材层101的材料可以为第一钢材料；

金属基掺杂层102的材料可以包括第二钢材料201和碳化物202。

可以理解，该金属基掺杂层102为主要由金属材料和掺杂材料相复合所形成的层状结构。其中的金属材料可以为第二钢材料，掺杂材料可以为能够增加材料耐磨性的无机材料，进一步的，该掺杂材料可以为碳化物。

该层状复合材料中，金属基掺杂层可以为表面层，基材层也可以称为基体层。该层状复合材料通过金属基掺杂层和基材层的复合设置，其中的基材层能够起到维持一定强度和韧性的作用，可以保证复合材料的基本使用性能，金属基掺杂层中含有硬度较高的碳化物，可以增强材料的硬度，可以起到提高耐磨性的作用，且金属基掺杂层具有一定的厚度，可以确保长期耐磨性能。一方面，若仅设置基材层，虽然可以保证材料的基本使用性能，但是其长期耐磨性能不佳；另一方面，若仅设置金属基掺杂层，虽然可以提高耐磨性，但是得到的材料较脆，强韧性不够，容易断裂。由此，通过碳化物的加入，以及通过不同结构或性能的层状材料如金属基掺杂层和基材层的配合设置，可至少实现15-25万次折叠开合所需要的长期耐磨性能。

从而，相比于现有的经渗碳等处理工艺处理的不锈钢材料，本申请实施例提供的复合材料可广泛应用于转动机构中的齿轮、凸轮等摩擦磨损类零部件中，可至少实现15-25万次折叠开合所需要的长期耐磨性能，能够缓解现有的该类零部件所存在的长期耐磨性不佳，影响使用性能等问题，有助于提升齿轮、凸轮等摩擦磨损类零部件的使用寿命。

上述金属基掺杂层中，碳化物一般具有高硬度、高熔点、耐高温、化学性质稳定等特点，可以作为优良的磨料。在满足复合材料的长期耐磨性能需求的情况下，碳化物的具体类型也是可以多种多样的。具体地，在一些实施例中，该碳化物可以选自碳化硅、碳化钛、碳化钨、碳化钽、碳化铌、碳化铬、碳化硼或碳化钒中的一种或多种混合物。示例性的，该碳化物可以为碳化硅，可以为碳化钛，可以为碳化钨，可以为碳化钽，可以为碳化铌，可以为碳化铬，可以为碳化硼，可以为碳化钒，可以为碳化硅和碳化钛的任意比例混合物，可以为碳化硅、碳化钛和碳化钨的任意比例混合物，可以为碳化钛、碳化铌和碳化铬的任意比例混合物等等。

应理解，碳化物的具体类型并不限于上述列举的几种，在满足复合材料的长期耐磨性能需求的情况下，碳化物还可以采用其他的类型，例如上述几种碳化物的改性材料，或其他类型的碳化物等。

需要说明的是，当碳化物包括碳化硅、碳化钛、碳化钨、碳化钽等多种组分混合形成的混合物时，各成分按照任意比例混合均可；也就是说，当包括碳化物包括两种及以上的混合物时，对于各组分可以为任意比例混合均不会影响复合材料的性能，其具体比例或含量不作特殊限制，可由本领域技术人员根据实际情况进行调控。

在一些实施例中，该碳化物优选为碳化硅(SiC)、碳化钛(TiC)或碳化钨(WC)。采用碳化硅、碳化钛或碳化钨与第二钢材料混合形成金属基掺杂层，来源较广泛，成本较低，硬度较高，更有助于提升复合材料的长期耐磨性能。

为了达到长期耐磨性能，金属基掺杂层中的碳化物的掺杂量需要在适宜的范围内。具体地，在一些实施例中，该碳化物的体积百分含量不低于10％，也就是，碳化物掺杂的体积百分比≥10％，且＜100％。

需要说明的是，本文中，除非另有说明，否则所涉及的百分数、比例或份数按照体积计。例如，碳化物的含量是指碳化物的体积百分含量，也可以称为碳化物的体积百分比，其体积百分含量可以为10-80％，也可以表示为10-80vol.％，或可以表示为10-80体积％。为了方便描述，下面主要以10-80％进行表示。

此外，如果没有特别指出，所涉及的百分数％(包括体积百分数)的基准是组合物的总体积。例如，以金属基掺杂层的总体积为准，其所包含的碳化物的体积百分比≥10％，且＜100％。

在一些实施例中，该碳化物的体积百分含量为10-80％，进一步可以为20-70％，进一步可以为30-60％，进一步可以为40-50％；典型但非限制性的，碳化物的体积百分含量例如可以为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。

通过控制碳化物的体积百分含量在适宜的范围内，有助于控制金属基掺杂层的耐磨性，并使复合材料具有良好的长期耐磨性和良好的机械性能等。

在一些实施例中，上述碳化物的形态可以为粉末状或颗粒。相应的，上述第一钢材料、第二钢材料的形态也可以为粉末状或颗粒。此外，第一钢材料、第二钢材料的形态并不限于此，例如还可以为丝材等。

可以理解，金属基掺杂层的掺杂形式优选为颗粒掺杂，即金属基掺杂层可以为碳化物颗粒掺杂第二钢材料所形成的层状复合材料。由此，方便进行复合以及成型，有利于得到符合性能要求的层状复合材料。

为了达到长期耐磨性能或满足制作工艺的工艺需求，金属基掺杂层中的碳化物的粒径(粒度)需要在适宜的范围内。在一些实施例中，该碳化物的平均粒径不大于10μm(≤10微米)，碳化物的平均粒径可以为微米级或纳米级。示例性的，碳化物的平均粒径例如可以为1nm-10μm，可以为5nm-10μm，可以为10nm-10μm，可以为100nm-10μm，可以为10nm-8μm，可以为100nm-5μm等。对于碳化物的平均粒径的具体值可以根据实际工艺需求而选择设定，对此不做过多限制。

通过采用适宜粒径的颗粒状碳化物，可以降低成本，还有助于提升金属基掺杂层与基材层的结合力。一方面，若颗粒的粒径过小，则制粉的成本较高；另一方面，若颗粒的粒径过大，掺杂层的强度会降低，为满足层状结构之间的结合力，所需的工艺条件较苛刻，工艺成本较高。

为了能使复合材料既能增加硬度和长期耐磨性，又能实现自润滑的效果，需要在金属基掺杂层中掺杂具有一定的自润滑作用的掺杂材料，例如，可以掺杂硫化物。具体地，请参阅图8所示，在一些实施例中，该金属基掺杂层102的材料还包括硫化物203；也就是，金属基掺杂层102的材料可以包括第二钢材料201、碳化物202和硫化物203。其中，碳化物202的硬度较高，有助于提升复合材料的耐磨性，硫化物203是良好的润滑材料，可以起到自润滑的作用。

由此，本发明实施例提供的层状复合材料，可以主要由金属基掺杂层(表面层)和基材层(基体层)组成，其中基体层可以起到维持一定强度和韧性的作用，而表面层可以起到耐磨和自润滑的作用，且表面层具有一定的厚度，在这种厚度下可至少实现15-25万次折叠开合所需要的长期耐磨性能。进一步讲，其中，表面层的掺杂材料主要由高硬度的碳化物如碳化硅等材料，以及高润滑的硫化物如硫化钼组成，将这两种颗粒材料掺杂在基体钢材料如不锈钢材料中，从而形成不锈钢基颗粒掺杂复合材料，得到金属基掺杂层。将此金属基掺杂层与基材层如不锈钢层相结合，可以形成具有优异长期耐磨性能的层状复合材料。

上述金属基掺杂层中，硫化物具有分散性好、不粘结、防氧化，适用于高温、高压、高转速高负荷的机械工作状态，可延长使用寿命等特点。在满足复合材料的长期耐磨性能、自润滑性等需求的情况下，硫化物的具体类型也是可以多种多样的。具体地，在一些实施例中，该硫化物包括硫化钼(也可以称为二硫化钼)或改性硫化钼。

需要说明的是，上述改性硫化钼是以硫化钼为基体材料，采用各种物理或化学方法对硫化钼的某些性能进行增强或改进所得到的材料。该例如，该改性硫化钼可以由金属改性，该金属可以选自镍、锰、钴等金属材料。在不影响硫化钼的自润滑性能的基础上，本申请实施例对于改性硫化钼的具体改性方式不作限定，可以由本领域技术人员根据实际情况而选择设定。此外，上述硫化钼和改性硫化钼均可以采用市售产品。

示例性的，硫化物可以为硫化钼。硫化钼作为较为重要的固体润滑剂，可用于各种零件润滑剂，能够起到润滑抗磨减摩的作用。

应理解，硫化物的具体类型并不限于上述列举的几种，在满足复合材料的长期耐磨性能、自润滑性等需求的情况下，硫化物还可以采用其他的类型。

为了达到较佳的自润滑性能、长期耐磨性能，金属基掺杂层中的硫化物的掺杂量需要在适宜的范围内。具体地，在一些实施例中，该硫化物的体积百分含量为5-50％。可以理解，该金属基掺杂层中，硫化物、碳化物和第二钢材料的总体积百分含量需要小于等于100％。

在一些实施例中，金属基掺杂层的材料包括第二钢材料、碳化物和硫化物时，该硫化物的体积百分含量可以为5-50％，进一步可以为5-30％，进一步可以为10-30％；该碳化物的体积百分含量不低于10％，进一步可以为10-80％，进一步可以为20-70％，进一步可以为30-60％，进一步可以为40-50％；余量可以为第二钢材料。

在一些实施例中，该硫化物的体积百分含量可以为5-50％，典型但非限制性的，硫化物的体积百分含量例如可以为5％、10％、20％、30％、40％、50％以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。

通过控制碳化物、硫化物的体积百分含量在适宜的范围内，有助于控制金属基掺杂层的耐磨性和自润滑作用，并使复合材料具有良好的长期耐磨性和良好的机械性能等。

在一些实施例中，上述硫化物的形态可以为粉末状或颗粒。也就是，碳化物和硫化物的形态均优选为粉末状或颗粒。

为了达到长期耐磨性能或满足制作工艺的工艺需求，金属基掺杂层中的硫化物的粒径(粒度)需要在适宜的范围内。在一些实施例中，该硫化物的平均粒径不大于10μm(≤10μm)，硫化物的平均粒径可以为微米级或纳米级。示例性的，硫化物的平均粒径例如可以为1nm-10μm，可以为5nm-10μm，可以为10nm-10μm，可以为100nm-10μm，可以为10nm-8μm，可以为100nm-5μm等。对于硫化物的平均粒径的具体值可以根据实际工艺需求而选择设定，对此不做过多限制。

通过采用适宜粒径的颗粒状硫化物，可以降低成本，还有助于提升金属基掺杂层与基材层的结合力。一方面，若颗粒的粒径过小，则制粉的成本较高；另一方面，若颗粒的粒径过大，掺杂层的强度会降低，为满足层状结构之间的结合力，所需的工艺条件较苛刻，工艺成本较高。

为达到长期耐磨性能，需要使金属掺杂层具有一定的厚度。具体地，在一些实施例中，该金属基掺杂层的厚度不小于0.05mm(≥0.05mm)。适宜的金属掺杂层厚度，有助于确保材料的耐磨性能，在这种厚度下可实现15-25万次折叠开合所需要的长期耐磨性能。

在一些实施例中，该金属基掺杂层的厚度为0.1-10mm，进一步可以为0.1-8mm，进一步可以为0.2-8mm，进一步可以为0.5-6mm；典型但非限制性的，金属基掺杂层的厚度例如可以为0.1mm、0.2mm、0.5mm、0.8mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。

通过控制金属基掺杂层的厚度在适宜的范围内，有助于确保材料的耐磨性能，还可以降低成本。当金属基掺杂层的厚度过小时，可能起不到增强耐磨和自润滑的作用，无法达到所需的长期耐磨性能；当金属基掺杂层的厚度过大时，该掺杂层过厚，成本较高，性能无明显提升。

根据产品需求，上述第一钢材料和第二钢材料可以为同一种钢材料，也可以为不同成分的钢材料，本申请实施例对于第一钢材料和第二钢材料的具体类型不作限定，其可以选用本领域常用的钢材料。还需说明的是，本申请实施例对于复合材料的具体层数也不限定，其可以为两层结构、也可以为三层或更多层结构等。

具体地，在一些实施例中，该第一钢材料和该第二钢材料各自独立地为碳钢或合金钢，也就是，第一钢材料可以为碳钢或合金钢，第二钢材料可以为碳钢或合金钢，第一钢材料和第二钢材料的具体成分含量可以相同，也可以不同。

其中，该合金钢包括不锈钢。不锈钢具有良好的耐腐蚀性、较高的硬度等特点。不锈钢的具体类型或牌号具有多种形式。

示例性的，不锈钢可以为17-4不锈钢，17-4不锈钢是一种MIM不锈钢牌号，0Cr17Ni4Cu4Nb是马氏体沉淀硬化不锈钢，化学成分质量百分比如下：碳C：≤0.07、锰Mn：≤1.00、硅Si：≤1.00、铬Cr：15.5～17.5、镍Ni：3.0～5.0、磷P：≤0.04、硫S：≤0.03、铜Cu：3.0～5.0、铌+钽Nb+Ta：0.15～0.45，其余为Fe。

示例性的，不锈钢可以为420不锈钢，420不锈钢是一种不锈钢牌号，化学成分质量百分比如下：碳C：0.16～0.25、锰Mn：≤1.00、硅Si：≤1.00、铬Cr：12.0～14.0、镍Ni：≤0.75、磷P：≤0.04、硫S：≤0.03，其余为Fe。

示例性的，不锈钢可以为316不锈钢，316不锈钢是一种不锈钢牌号，化学成分质量百分比如下：C≤0.08，Si≤1.00，Mn≤2.00，P≤0.035，S≤0.03，Ni:10.0-14.0，Cr:16.0-18.5，Mo:2.0-3.0，其余为Fe。

需要说明的是，不锈钢的具体牌号或类型并不限于上述列举的几种牌号，在满足复合材料性能需要的情况下，不锈钢还可以采用其他牌号。

为了满足制备工艺的工艺需求或达到所需的性能需求，第一钢材料、第二钢材料的粒径(粒度)也需要在适宜的范围内。在一些实施例中，该第一钢材料的平均粒径不大于30μm(≤30μm)，可以为1-30μm，进一步可以为2-15μm，进一步可以为2-20μm，进一步可以为10-20μm等。

和/或，该第二钢材料的平均粒径不大于30μm(≤30μm)，可以为1-30μm，进一步可以为2-15μm，进一步可以为2-20μm，进一步可以为10-20μm等。对于第一钢材料、第二钢材料的平均粒径的具体值可以根据实际工艺需求而选择设定，对此不做过多限制。

[复合材料的制备方法]

下面将对上述复合材料的成型工艺进行详细的说明。

具体地，在一些实施例中，提供一种复合材料的制备方法，包括以下步骤：

形成基材层的生坯体，该基材层的材料为第一钢材料；在该基材层的生坯体的表面形成金属基掺杂层的生坯体，金属基掺杂层的生坯体与基材层的生坯体层叠设置，该金属基掺杂层的材料包括第二钢材料和碳化物。

对层叠设置的该基材层的生坯体和金属基掺杂层的生坯体进行烧结和热处理，得到该复合材料。

该制备方法操作简单，易于实施，易于实现大规模生产。同时，制备得到的复合材料包括依次层叠设置的基材层和金属基掺杂层，具有如前述复合材料部分所描述的优势。

需要说明的是，本发明实施例中，可以在基材层的一侧表面形成金属基掺杂层，也可以在基材层的两侧表面均形成金属基掺杂层，本申请实施例对此不作限定，可以根据实际应用场景而适宜的调整。较佳的，在基材层的一侧表面形成金属基掺杂层。

在一些实施例中，该金属基掺杂层的材料包括第二钢材料、碳化物和硫化物。

应理解，该复合材料的制备方法中，复合材料的具体结构和成分以及所达到的有益效果可参照前面关于复合材料方面的描述，在此不再赘述。

在一些实施例中，形成基材层、金属基掺杂层的方法可以是多种多样的，包括但不限于粉末注射成型、压力成型(如粉末压制成型)、固化成型等。

下面对复合材料的成型工艺中的关键术语进行解释说明。

粉末注射成型(Powder Injection Molding，PIM)包括陶瓷粉末注射成型(Ceramics Injection Molding，CIM)和金属粉末注射成型(Metal Injection Molding，MIM)。具体地，粉末注射成型：首先选取符合CIM要求的陶瓷粉末或者金属粉末和黏结剂，然后在一定温度下采用适当的方法将粉末和黏结剂混合成均匀的喂料，经制粒后再注射成型，获得成型坯，再经过脱脂处理后烧结致密化成最终成品。

金属粉末注射成型：是一种将金属粉末与其粘结剂的增塑混合料注射于模型中的成型方法。它是先将所选粉末与粘结剂进行混合，然后将混合料进行制粒再注射成型所需要的形状。

压力成型可以包括模压成型和等静压成型。其中，模压成型(或称干压成型)：经过造粒、流动性好、颗粒级别合适的粉料，装入模具内，通过施加外力，使粉料压制成一定形状的坯体的方法。

等静压成型：又称静水压成型，利用液体介质不可压缩性和均匀传递压力性的一种成型方法，分为热等静压成型和冷等静压成型。

热等静压亦称高温等静压法：用金属箔代替橡皮膜，利用气体代替液体，使金属箔内的粉料均匀受压，通常所用的气体为氦气、氩气等惰性气体，一般在100-300Mpa的气压下，将被处理物体升到几百摄氏度到2000摄氏度的高温下压制成型并烧结。

喂料：金属粉末与有机粘结剂在一定温度条件下采用适当的方法混合成均匀的喂料，有机粘结剂在后续的烧结过程中会高温情况下气化消失。

需要说明的是，本发明实施例对于喂料中的粘结剂不作特殊限制，可采用本领域常用的粘结剂，具体可由本领域技术人员根据实际情况选择设定，在此不再详细描述。

上述成型方法中，粉末注射成型和粉末压制成型具有方法简单，容易操控，可行性高，可靠性好，成本较低，生产效率高等优势。因此，本发明实施例的复合材料的成型工艺优选为粉末注射成型或压力成型技术。

图10示出了粉末注射成型制备该复合材料的流程示意图，如图10所示，利用粉末注射成型的方式制备层状复合材料，可以使上下两层(基材层和金属基掺杂层)分为两次注射成型。

具体地，在一些实施例中，采用粉末注射成型制备该复合材料，包括以下步骤：

(a)提供包含第一钢材料的第一喂料，采用第一喂料进行第一次粉末注射成型，得到基材层的生坯体；

(b)提供包含第二钢材料和碳化物的第二喂料，采用第二喂料在基材层的生坯体的表面进行第二次粉末注射成型，得到包括层叠设置的基材层的生坯体和金属基掺杂层的生坯体；

(c)将层叠设置的基材层的生坯体和金属基掺杂层的生坯体进行烧结和热处理，得到复合材料。

需要说明的是，在另一些实施例中，步骤(b)也可以为：提供包含第二钢材料、碳化物和硫化物的第二喂料，采用第二喂料在基材层的生坯体的表面进行第二次粉末注射成型，得到包括层叠设置的基材层的生坯体和金属基掺杂层的生坯体。

在一些实施例中，该烧结的温度为1100-1400℃，进一步可以为1130-1400℃，进一步可以为1140-1400℃，进一步可以为1150-1350℃；需要说明的是，该烧结温度主要是指峰值烧结温度。

保温时间为2-3h，进一步可以为2h、2.5h或3h。

在一些实施例中，该热处理包括固溶处理和时效处理，该固溶处理的固溶温度为1000-1100℃，进一步可以为1020-1080℃，进一步可以为1030-1060℃，进一步可以为1035-1060℃；时间为1-3h，进一步可以为1h、2h或3h。

该时效处理的时效温度为400-500℃，进一步可以为420-480℃，进一步可以为440-470℃，进一步可以为445-460℃；时间为3-5h，进一步可以为3h、4h或5h。

根据本发明的实施例，发明人对粉末注射成型、烧结、热处理等的具体操作条件进行了大量的周密的考察和实验验证，发明人发现在上述烧结温度、固溶温度等具体操作条件范围内得到的复合材料，形成的层状复合材料的质量、性能更好，生产效率较高，能耗较低，且最终得到的复合材料能够满足所需的长期耐磨性能，产品性能及用户体验好。

图11示出了粉末压制成型制备该复合材料的流程示意图，如图11所示，利用粉末压制成型的方式制备层状复合材料，可以使上下两层(基材层和金属基掺杂层)采用铺粉的方式压制成型。

具体地，在另一些实施例中，采用粉末压制成型制备该复合材料，包括以下步骤：

(a)提供第一钢材料粉末，采用第一钢材料粉末进行第一次粉末压制成型，得到基材层的生坯体；

(b)提供包含第二钢材料和碳化物的混合粉末，采用混合粉末在基材层的生坯体的表面进行第二次粉末压制成型，得到包括层叠设置的基材层的生坯体和金属基掺杂层的生坯体；

(c)将该层叠设置的基材层的生坯体和金属基掺杂层的生坯体进行烧结和热处理，得到复合材料。

需要说明的是，在另一些实施例中，步骤(b)也可以为：提供包含第二钢材料、碳化物和硫化物的混合粉末，采用混合粉末在基材层的生坯体的表面进行第二次粉末压制成型，得到包括层叠设置的基材层的生坯体和金属基掺杂层的生坯体。

在一些实施例中，该烧结的温度为1100-1400℃，进一步可以为1130-1400℃，进一步可以为1140-1400℃，进一步可以为1150-1350℃；需要说明的是，该烧结温度主要是指峰值烧结温度。

保温时间为2-3h，进一步可以为2h、2.5h或3h。

在一些实施例中，该热处理包括固溶处理和时效处理，该固溶处理的固溶温度为1000-1100℃，进一步可以为1020-1080℃，进一步可以为1030-1060℃，进一步可以为1035-1060℃；时间为1-3h，进一步可以为1h、2h或3h。

该时效处理的时效温度为400-500℃，进一步可以为420-480℃，进一步可以为440-470℃，进一步可以为445-460℃；时间为3-5h，进一步可以为3h、4h或5h。

在一些实施例中，在该热处理后，进行热等静压处理。

根据本发明的实施例，发明人对粉末压制成型、烧结、热处理等的具体操作条件进行了大量周密的考察和实验验证，发明人发现在上述烧结温度、固溶温度等具体操作条件范围内得到的复合材料，形成的层状复合材料的质量、性能更好，生产效率较高，能耗较低，且最终得到的复合材料能够满足所需的长期耐磨性能，产品性能及用户体验好。

综合以上可知，本发明实施例提供的复合材料及其制备方法、转动机构和电子设备，采用制备层状复合材料的方式制备含有碳化物等材料的金属基掺杂层，而非采用高温渗碳的方式；这样对基材硬度和强度不产生影响。采用≥0.05mm(或0.1mm)的高硬度自润滑材料层即金属基掺杂层，取代表面镀层，具有更好的耐磨和自润滑性能。表面层金属基掺杂层陶瓷相的增加，有利于提升表面硬度，耐磨性能会更佳。

以下以具体实施例说明本发明的效果，但本发明的保护范围不受以下实施例的限制。其中，需要说明的是，在本发明的实施例中，各种原料均可以通过市售的方式获得。实施例一、实施例三、实施例五和实施例七采用的是粉末注射成型方式制备，实施例二、实施例四和实施例六采用的是粉末压制成型方式。实施例一、实施例二和实施例三的金属基掺杂层中，第二钢材料、碳化物和硫化物的体积百分比不同；实施例一、实施例四和实施例五的金属基掺杂层中，碳化物的具体类型不同；实施例六和实施例七的金属基掺杂层仅包括第二钢材料和碳化物。

实施例一

一、原材料的准备

1、基材层：17-4不锈钢粉末为主体所构成的不锈钢喂料，不锈钢粉末的粒径平均值在2-15μm左右；

2、金属基掺杂层(表面层)：17-4不锈钢粉末、碳化硅粉末、硫化钼粉末，以体积百分比40％、30％、30％进行混合形成混合颗粒粉末；其中，不锈钢粉末粒径平均值在2-15μm左右，碳化硅粉末颗粒都在10μm以下，硫化钼粉末颗粒也在10μm以下。以上述的混合粉末与高分子材料粘结剂进行均匀混合形成混合粉末喂料。

二、零部件的工艺制备

1、先MIM粉末注射17-4不锈钢喂料；

2、再注射混合粉末喂料；

从而形成两种喂料结构，呈层状排列。

3、对以上双层喂料结构材料进行烧结，其中峰值烧结温度为1150℃，保温时间为2小时；

4、对上述烧结件进行热处理，固溶温度为1040℃，时间为2小时，时效温度为460℃，时间为4小时。

三、形成的材料结构

表面层的材料为碳化硅和硫化钼颗粒掺杂的17-4不锈钢，基材层(底层)的材料为17-4不锈钢；综合硬度在1400HV以上，且硫化钼在表面层的分布起到一定的润滑作用，材料的摩擦系数在0.1以下。

其中，金属基掺杂层烧结后的平均厚度在0.15mm。

在实施例中，碳化硅的硬度在2100HV左右，不锈钢基材的硬度在350HV以上，综合硬度起耐磨作用的还是碳化硅，同时由于硫化钼金属基掺杂层的分布，对此材料所做的零部件起到润滑作用，对耐磨有较大的好处，在一定程度上可以起到取代润滑油的作用。

由此可见，本实施例相较于原有的不锈钢，以及可能现有的不锈钢掺碳化硅颗粒来比，都在耐磨性能上有较大幅度的提升。

实施例二

一、原材料的准备

1、基材层：420不锈钢粉末为主体所构成的不锈钢喂料，不锈钢粉末的粒径平均值在2-15μm左右；

2、金属基掺杂层(表面层)：420不锈钢粉末、碳化硅粉末、硫化钼粉末，以体积百分比30％、40％、30％进行混合形成混合颗粒粉末，其中不锈钢粉末粒径平均值在2-15μm左右、碳化硅粉末颗粒都在10μm以下，硫化钼粉末颗粒也在10μm以下。

二、零部件的工艺制备

1、先粉末压制420不锈钢粉末；

2、再在420不锈钢粉末上压制表面层所需的混合粉末；

从而形成两种粉末结构，呈层状排列。

3、对以上双层粉末结构材料进行烧结，其中峰值烧结温度为1130℃，保温时间2小时；

4、对上述烧结件进行热处理，固溶温度为1035℃，时间为2小时，时效温度为445℃，时间为3.5小时。

三、形成的材料结构

表面层的材料为碳化硅和硫化钼颗粒掺杂的420不锈钢，底层的材料为420不锈钢；综合硬度在1450HV以上，且硫化钼在表面层的分布起到一定的润滑作用，材料的摩擦系数在0.1以下。

其中表面层烧结后的平均厚度在0.12mm。

在实施例中，碳化硅的硬度在2100HV左右，不锈钢基材的硬度在350HV以上，综合硬度起耐磨作用的还是碳化硅，同时由于硫化钼在表面层的分布，对此材料所做的零部件起到润滑作用，对耐磨有较大的好处，在一定程度上可以取代润滑油的作用。

由此可见，本实施例相较于原有的不锈钢，以及可能现有的不锈钢掺碳化硅颗粒来比，都在耐磨性能上有较大幅度的提升；特别是碳化硅的比例提升更有利于硬度的提升和耐磨的提升。

实施例三

一、原材料的准备

1、基材层：316不锈钢粉末为主体所构成的不锈钢喂料，不锈钢粉末的粒径平均值在30μm以下；

2、金属基掺杂层(表面层)：17-4不锈钢粉末、碳化硅粉末、硫化钼粉末，以体积百分比20％、70％、10％进行混合形成混合颗粒粉末，其中不锈钢粉末粒径平均值在30μm以下，碳化硅粉末颗粒都在10μm以下，硫化钼粉末颗粒也在10μm以下。以上述的混合粉末与高分子材料粘结剂进行均匀混合形成混合粉末喂料。

二、零部件的工艺制备

1、先MIM粉末注射316不锈钢喂料；

2、再注射17-4不锈钢基混合粉末喂料；

从而形成两种喂料结构，呈层状排列；

3、对以上双层喂料结构材料进行烧结，其中峰值烧结温度为1140℃，保温时间2小时；

4、对上述烧结件进行热处理，固溶温度为1030℃，时间为2小时，时效温度为450℃，时间为4小时。

三、形成的材料结构

表面层为碳化硅和硫化钼颗粒掺杂的17-4不锈钢，底层为316不锈钢；综合硬度在1400HV以上，且硫化钼在表面层的分布起到一定的润滑作用，材料的摩擦系数在0.1以下。

其中表面层烧结后的平均厚度在1.2mm。

本实施例中，表面层形成了一层类陶瓷层，碳化硅的体积百分比含量达到了70％，金属只起粘结陶瓷的作用、以及起连结底层金属的作用，表面形成了以陶瓷相为主的金属陶瓷，表面层硬度可以达到1800HV以上，这对耐磨有极大的好处。

本实施例区别于其它实施例在于，陶瓷相的提升，使表面形成极度耐磨的金属陶瓷，使表面层硬度有更大幅度的提升，从而更有利于耐磨。上下两层的不锈钢材料不同，但含有相同的第一主元素Fe和第二主元素Cr。

实施例四

一、原材料的准备

1、基材层：17-4不锈钢粉末为主体所构成的不锈钢喂料，不锈钢粉末的粒径平均值在10-20μm；

2、金属基掺杂层(表面层)：17-4不锈钢粉末、碳化钨粉末、硫化钼粉末，以体积百分比30％、50％、20％进行混合形成混合颗粒粉末、其中不锈钢粉末粒径平均值在10-20μm、碳化钨粉末颗粒都在10μm以下，硫化钼粉末颗粒也在10μm以下。

二、零部件的工艺制备

1、先在模具中粉末压制17-4不锈钢粉末；

2、再在同一模具中用17-4不锈钢粉末上压制表面层所需的混合粉末；

从而形成两种粉末结构，呈层状排列。

3、对以上双层粉末结构材料进行烧结。其中峰值烧结温度为1300℃，保温时间3小时；

4、对上述烧结件进行热处理，固溶温度为1060℃，时间为2小时，时效温度为450℃，时间为4.5小时。

5、对上述所制成零部件进行等静压处理。

三、形成的材料结构

表面层为碳化钨和硫化钼颗粒掺杂的17-4不锈钢，底层为17-4不锈钢；综合硬度在1500HV以上，且硫化钼在表面层的分布起到一定的润滑作用，材料的摩擦系数在0.1以下。

其中表面层烧结后的平均厚度在2mm。

在本实施例中，碳化钨的硬度在2100HV左右，不锈钢基材的硬度在350HV以上，综合硬度起耐磨作用的还是碳化钨，同时由于硫化钼在表面层的分布，对此材料所做的零部件起到润滑作用，对耐磨有较大的好处，在一定程度上取代润滑油的作用。

本实施例与其它实施例的主要区别在于，本实施例用的是碳化钨粉末，这种粉末也具有较高的硬度，同时也能保持表面层有一定的韧性。

实施例五

一、原材料的准备

1、基材层：316不锈钢粉末为主体所构成的不锈钢喂料，不锈钢粉末的粒径平均值在30μm以下；

2、金属基掺杂层(表面层)：316不锈钢粉末、碳化钛粉末、硫化钼粉末，以体积百分比10％、80％、10％进行混合形成颗粒粉末，其中不锈钢粉末粒径平均值在30μm以下，碳化钛粉末颗粒都在10μm以下，硫化钼粉末颗粒也在10μm以下。以上述的混合粉末与高分子材料粘结剂进行均匀混合形成混合粉末喂料。

二、零部件的工艺制备

1、先MIM粉末注射316不锈钢喂料；

2、再注射混合粉末喂料；

从而形成两种喂料结构，呈层状排列。

3、对以上双层喂料结构材料进行烧结，其中峰值烧结温度为1350℃，保温时间2小时；

4、对上述烧结件进行热处理，固溶温度为1030℃，时间为2小时，时效温度为450℃，时间为4小时。

三、形成的材料结构

表面层为碳化钛和硫化钼颗粒掺杂的316不锈钢，底层为316不锈钢；综合硬度在1400HV以上，且硫化钼在表面层的分布起到一定的润滑作用，材料的摩擦系数在0.1以下。

其中表面层烧结后的平均厚度在2mm。

本实施例中，表面层就形成了一层类陶瓷层，碳化钛(本身硬度3000HV以上)的体积百分比含量达到了80％，金属只起粘结陶瓷的作用、以及起连结底层金属的作用，表面形成了以陶瓷相为主的金属陶瓷，表面层硬度可以达到2500HV以上。这对耐磨有极大的好处。

本实施例区别于其它实施例在于，陶瓷相的提升，使表面形成极度耐磨的金属陶瓷，使表面层硬度有更大幅度的提升，从而更有利于耐磨。

实施例六

一、原材料的准备

1、基材层：17-4不锈钢粉末为主体所构成的不锈钢喂料，不锈钢粉末的粒径平均值在10-20μm；

2、金属基掺杂层(表面层)：17-4不锈钢粉末、碳化硅粉末，以体积百分比50％、50％进行混合形成颗粒粉末，其中不锈钢粉末粒径平均值在10-20μm，碳化硅粉末颗粒都在10μm以下。

二、零部件的工艺制备

1、先在模具中粉末压制17-4不锈钢粉末；

2、再在同一模具中用17-4不锈钢粉末上压制表面层所需的混合粉末；

从而形成两种粉末结构，呈层状排列。

3、对以上双层粉末结构材料进行烧结、其中峰值烧结温度为1300℃，保温时间3小时；

4、对上述烧结件进行热处理，固溶温度为1060℃，时间为2小时，时效温度为450℃，时间为4.5小时。

5、对上述所制成零部件进行热等静压。

三、形成的材料结构

表面层为碳化硅颗粒掺杂的17-4不锈钢，底层为17-4不锈钢；综合硬度在1500HV以上。

其中表面层烧结后的平均厚度在2mm。

本实施例中，表面层就形成了一层类陶瓷层，碳化硅(本身硬度2100HV以上)的体积百分比含量达到了50％，金属只起粘结陶瓷的作用、以及起连结底层金属的作用，表面形成了以陶瓷相为主的金属陶瓷，表面层硬度可以达到1600HV以上。这对耐磨有极大的好处。

本实施例只掺杂了碳化硅，未添加硫化钼，也是形成层状复合材料。

实施例七

一、原材料的准备

1、基材层：316不锈钢粉末为主体所构成的不锈钢喂料，不锈钢粉末的粒径平均值在30μm以下；

2、金属基掺杂层(表面层)：17-4不锈钢粉末、碳化钨粉末，以体积百分比20％、70％进行混合形成颗粒粉末、其中不锈钢粉末粒径平均值在30μm以下，碳化钨粉末颗粒都在10μm以下。以上述的混合粉末与高分子材料粘结剂进行均匀混合形成混合粉末喂料。

二、零部件的工艺制备

1、先MIM粉末注射316不锈钢喂料；

2、再注射17-4不锈钢基混合粉末喂料；

从而形成两种喂料结构，呈层状排列；

3、对以上双层喂料结构材料进行烧结、其中峰值烧结温度为1400℃，保温时间2小时；

4、对上述烧结件进行热处理，固溶温度为1030℃，时间为2小时，时效温度为450℃，时间为4小时。

三、形成的材料结构

表面层为碳化钨颗粒掺杂的17-4不锈钢，底层为316不锈钢；综合硬度在2000HV以上。

其中表面层烧结后的平均厚度在1.2mm。

本实施例中，表面层就形成了一层类陶瓷层，碳化钨的体积百分比含量达到了70％，金属只起粘结陶瓷的作用、以及起连结底层金属的作用，表面形成了以陶瓷相为主的金属陶瓷，这对耐磨有极大的好处。

本实施例以陶瓷相碳化钨为主，未加硫化钼，有利于降低成本，实现耐磨，可以在不同的应用场景中。

需要说明的是，本文中使用的术语“和/或”或者“/”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本发明中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系，仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。还需要理解的是，当诸如层、基体之类的元件被称作位于另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

需要指出的是，本专利申请文件的一部分包含受著作权保护的内容。除了对专利局的专利文件或记录的专利文档内容制作副本以外，著作权人保留著作权。