一种TiC-Al2O3颗粒增强钢基复合材料制造技术

一种TiC‑Al2O3颗粒增强钢基复合材料，选取Ti‑C‑Al‑Fe203体系采用铸造/SHS（自蔓延高温合成）两种工艺相结合，成功制备出原位自生TiC、Al2O3两种陶瓷颗粒增强钢基复合材料。添加稀土CeO2加入量为0.8wt.%时，相对耐磨性为lO．2，达到最大值；同一成分的材料随着载荷从7N增加到21N，相对耐磨性也进一步提高。

【技术实现步骤摘要】
一种TiC-Al2O3颗粒增强钢基复合材料所属
本专利技术涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种TiC-Al2O3颗粒增强钢基复合材料。
技术介绍
铸造与自蔓延高温合成反应(SHS)的基本原理是将增强相的组分原料与金属粉末按一定比例充分混合，压坯成预制块，用高温熔融的钢水引燃预制块，使组分之间发生放热化学反应，放出的热量开始蔓延，引起粉末邻近部分继续燃烧反应，直至完成，最终制得复合材料。通过高温自蔓延合成反应制备TiC-Al2O3增强钢基复合材料的最大优点是：原位自生的增强相与基体材料具有良好的界面结合性能和良好的浸润性能以及增强相的均匀弥散分布特征，制备成本低廉，是提高复合材料强韧性及耐磨性的有效途径。采用铸造与自蔓延高温合成反应制备原位自生TiC-Al2O3，增强钢基复合材料具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善钢基复合材料的耐磨性，设计了一种TiC-Al2O3颗粒增强钢基复合材料。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：TiC-Al2O3颗粒增强钢基复合材料的制备原料包括：粒度为75μm的钛粉、粒度为75μm的石墨碳粉、粒度为75μm的铝粉、粒度为75μm的三氧化二铁粉。TiC-Al2O3颗粒增强钢基复合材料的制备步骤为：通过热力学原理分析，选择Ti-C-Al-Fe203反应体系，以4：l：1：3比例对粉末进行配比，配比后的粉末与钢球一同放入密封良好的不锈钢球磨罐中，在QM一1SP4型球磨机上以200r/min的转速进行3小时的混合球磨。球磨后取适量粉末置于DY一20台式压片机上进行压制，预制块直径为20mm，将制出的预制块在101A一2型电热鼓风干燥箱中进行干燥、预热，处理后的预制块放置在浇注钢液砂型中陶瓷颗粒增强的部位，用lOKg中频感应炉熔炼钢液．在1600℃钢液成分均匀后，将钢液浇人砂型中，利用高温钢液的热量直接引燃预制块的自蔓延高温合成反应，原位生成Al2O3、TiC颗粒。TiC-Al2O3颗粒增强钢基复合材料的检测步骤为：磨损试验机采用国产ML-100干式销盘磨料磨损机，实验参数为：试样为10mmX10mm的标准试样，选用粒度为120μm的刚玉砂布固定在实验圆盘上，分别加以7N、14N和21N的载荷，磨损行程为200m。先将标准试样表面预磨成一个平面，用德国赛多利斯(SartoriusGeniusME215P)十万分之一电子天平测量称量试样的质量，然后换一张新砂布待圆盘转动200m后停机，称量磨损前后质量差即为磨损失重量。本专利技术的有益效果是：取Ti-C-Al-Fe203体系采用铸造/SHS两种工艺相结合，成功制备原位自生TiC，Al2O3，两种陶瓷颗粒增强钢基复合材料。稀土CeO2加人量从0wt.%增加到1.2wt.%时，当含量为0.8wt.%时，相对耐磨性为10.2，达到最大值。同一材料在载荷不同时，随着载荷从7N增到21N时，相对耐磨性也增加，载荷为21N时，相对耐磨性达到10.2。具体实施方式实施案例1：TiC-Al2O3颗粒增强钢基复合材料的制备原料包括：粒度为75μm的钛粉、粒度为75μm的石墨碳粉、粒度为75μm的铝粉、粒度为75μm的三氧化二铁粉。TiC-Al2O3颗粒增强钢基复合材料的制备步骤为：通过热力学原理分析，选择Ti-C-Al-Fe203反应体系，以4：l：1：3比例对粉末进行配比，配比后的粉末与钢球一同放入密封良好的不锈钢球磨罐中，在QM一1SP4型球磨机上以200r/min的转速进行3小时的混合球磨。球磨后取适量粉末置于DY一20台式压片机上进行压制，预制块直径为20mm，将制出的预制块在101A一2型电热鼓风干燥箱中进行干燥、预热，处理后的预制块放置在浇注钢液砂型中陶瓷颗粒增强的部位，用lOKg中频感应炉熔炼钢液．在1600℃钢液成分均匀后，将钢液浇人砂型中，利用高温钢液的热量直接引燃预制块的自蔓延高温合成反应，原位生成Al2O3、TiC颗粒。TiC-Al2O3颗粒增强钢基复合材料的检测步骤为：磨损试验机采用国产ML-100干式销盘磨料磨损机，实验参数为：试样为10mmX10mm的标准试样，选用粒度为120μm的刚玉砂布固定在实验圆盘上，分别加以7N、14N和21N的载荷，磨损行程为200m。先将标准试样表面预磨成一个平面，用德国赛多利斯(SartoriusGeniusME215P)十万分之一电子天平测量称量试样的质量，然后换一张新砂布待圆盘转动200m后停机，称量磨损前后质量差即为磨损失重量。实施案例2：随着CeO2含量的增加，磨损失重量呈现下降的趋势，增强区耐磨性增加。CeO2含量0wt.%时，失重量为11.6mg，随着CeO2含量增加，失重量也随之减小，失重量为10.9mg，增强区的相对耐磨性缓慢上升，由8.35上升到8.42。当CeO2的含量达到0.8wt.%时，失重量达到最小值，最小失重量为9.5mg，相对耐磨性为10.2，达到最大值。但是，当CeO2含量继续升高为1.2wt.％时，磨损失重量有小幅的上升，失重量为9.8mg，相对耐磨性为9.89。CeO2含量不同对磨损失重量的影响规律可以从以下几个方面来分析：由于稀土化合物CeO2为高熔点物质，成为结晶晶核，有效细化晶粒，提高形核率，形成的细小化合物起到弥散强化的作用，细小的晶粒减少位错塞积数量，降低应力集中，减少裂纹扩展的几率，同时晶界的增多也增加裂纹扩展的阻力，使磨损能力显著提高。另一方面CeO2的原子半径较大，在制备过程中微溶人固溶体中，产生晶格畸变进而起到固溶强化的作用；稀土还具有净化作用，能够减少铸件的气孔和夹杂，提高致密性，进而提高耐磨性；在CeO2加人量为0.8wt.%时，增强区的显微组织明显细化，提高了强韧性，这也是材料获得高耐磨性的基础。但是当CeO2过量时，一方面由于CeO2易团聚的特性，另一方面由于过量添加增大夹杂物的数量，在晶界上偏析，而且氧化稀土易吸潮，使增强区空洞增多，致密度下降，降低颗粒间结合强度，导致耐磨性下降。实施案例3：预制块中Ti-C-Al-Fe203各元素的质量配比为4：1：1.3：3，添加剂CeO2含量为体系元素总质量的0.8wt.%，预制块紧实率为60%。选用粒度为120μm的刚玉砂布固定在实验圆盘上，载荷分别为7N、14N和21N，磨损行程为200m．基体随着载荷的增加，磨损失重量呈现急剧上升的趋势．基体从载荷7N增加到21N时，失重量从36.1mg快速增加到96.9mg．从增强区磨损失重曲线可以看到，载荷为7N时，磨损失重量为5.1mg，相对耐磨性为7.08，载荷进一步增加为14N时，磨损失重量为6.2mg，此时的相对耐磨性增加到9.10，当载荷继续增大到最大值21N时，增强区的失重量也随之达到最大值，最大磨损失重量为9.5mg，这时基体在同一载荷下的失重量也达到了最大，同样载荷情况下，增强区的磨损失重量远远小于基体磨损失重量，所以增强区的相对耐磨性达到了最大值，相对耐磨性为lO.2。实施案例4：产生“犁沟”是基体在磨损过程中的主要失效形式，为“犁削”磨损．基体由于缺少TiC、Al2O3。陶瓷颗粒的支撑和保护，在同样的磨粒粒度条件下，磨粒刺人(压入)基体的深度随载荷的加大而变大，增加磨损失重量．随着载荷的加大，犁沟相对宽而深本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TiC‑Al2O3颗粒增强钢基复合材料，制备原料包括：粒度为75μm的钛粉、粒度为75μm的石墨碳粉、粒度为75μm的铝粉、粒度为75μm的三氧化二铁粉。

【技术特征摘要】
1.一种TiC-Al2O3颗粒增强钢基复合材料，制备原料包括：粒度为75μm的钛粉、粒度为75μm的石墨碳粉、粒度为75μm的铝粉、粒度为75μm的三氧化二铁粉。2.根据权利要求1所述的TiC-Al2O3颗粒增强钢基复合材料，其特征是TiC-Al2O3颗粒增强钢基复合材料的制备步骤为：通过热力学原理分析，选择Ti-C-Al-Fe203反应体系，以4：l：1：3比例对粉末进行配比，配比后的粉末与钢球一同放入密封良好的不锈钢球磨罐中，在QM一1SP4型球磨机上以200r/min的转速进行3小时的混合球磨，球磨后取适量粉末置于DY一20台式压片机上进行压制，预制块直径为20mm，将制出的预制块在101A一2型电热鼓风干燥箱中进行干燥、预热，处理后的预制块放置在浇注钢液砂型中陶瓷颗粒增强的部位，用lOKg中频感应炉熔炼钢液．在1600℃钢液成分均匀后，将钢液浇人砂型中，利用高温钢液的热量直接引燃预制块的自蔓延高温合成反应，原位生成Al2O3、TiC颗粒。3.根据权利要求1所述的TiC-Al2O3颗粒增...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳，
申请(专利权)人：刘芳，
类型：发明
国别省市：辽宁,21