一种耐高温磨损的镍铝‑碳化钨复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种耐高温磨损镍铝‑碳化钨复合材料及其制备方法，所述的复合材料的原材料包括Ni粉、Al粉、WC粉；所述Ni粉、Al粉的摩尔比为1:1；WC粉的质量占Ni‑Al‑WC混合粉末总质量的5～40wt%。所述Ni粉：颗粒尺寸为100～300目，纯度95%～99.5%；Al粉：颗粒大小为100～300目，纯度95%～99.5%，WC粉：颗粒大小为100‑300目，纯度95%～99.5%。本发明专利技术耐高温磨损镍铝‑碳化钨复合材料的制备方法不需要进行高温烧结，得到的复合材料结构均匀，无孔洞，稳定性高。

Preparation method of nickel aluminum tungsten carbide composite material is a kind of high temperature resistant wear.

The invention provides a high temperature wear resistance of nickel aluminum tungsten carbide composite material and a preparation method thereof, wherein the raw materials include Ni powder, Al powder, WC powder; the molar ratio of Ni powder and Al powder for 1:1; quality of WC powder for Ni Al WC mixed powder of total quality 5 ~ 40wt%. The Ni powder particle size of 100 ~ 300, 95% ~ 99.5% purity; Al powder with particle size of 100 ~ 300, 95% ~ 99.5% purity, WC powder particle size of 100 300, the purity of 95% to 99.5%. The invention discloses a preparation method of high temperature wear resistance of composite nickel tungsten carbide aluminum without high-temperature sintering, composite material has uniform structure, no holes, high stability.

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温磨损的镍铝-碳化钨复合材料的制备方法
本专利技术属于材料科学
，主要涉及一种采用热爆合成辅助加压工艺制备镍铝-碳化钨（NiAl/WC）复合材料的制备方法。
技术介绍
镍铝（NiAl）金属间化合物的高温综合性能优良，具有较高的熔点和较低的密度，可以用在材料高温性能要求较高的航空航天，电力锅炉领域广泛使用。但是NiAl金属间化合物的高温耐磨性较差，不能适应高温大载荷接触摩擦条件下的使用。目前国内对镍铝-碳化钨（NiAl/WC）复合材料的应用主要集中在硬质合金方面，通过热爆合成或者高温烧结制备。这些技术的研究以及应用，充分挖掘了镍铝碳化钨复合材料的潜力，带来了显著的经济效益。专利号为201210564724.X的中国专利公开了采用NiAl作粘结相，WC和TiC作为硬质相，并采用10～40wt%的Co粉和Fe粉粘结。制备包括：按Ni-50at.%Al的成分比例,把0.03～21.04wt%镍粉和铝粉,与碳化物粉末混合均匀；置于石墨容器中铺平,非氧化性气氛下,升温加热至660～1300℃,保温,然后自然冷却,获得碳化物与NiAl的混合物；碾磨、破碎、过筛,获得混合粉末；400±50℃的氢气氛下脱氧预处理；将45.77-96.34wt%的混合粉末,与余量的Co和/Fe粉末湿磨；湿磨混合料喷雾干燥、压制；压坯1350～1550℃低压液相烧结获得抗高温磨损硬质合金。制备的Co和Fe粘结的镍铝-碳化钨（NiAl/WC）硬质合金组织结构均匀、合金粘结相显微硬度高，合金抗高温磨损性能优异。专利号为201310147055.0的中国专利以Ni-Al金属间化合物为粘结相的硬质合金及制备方法,以WC-Al4W预合金粉作为前驱体,由碳化钨粉、镍粉、所述WC-Al4W预合金粉和炭黑经烧结形成以Ni-Al金属间化合物为粘结相的硬质合金,其粘结相为单一NiAl粘结相,或单一Ni3Al粘结相,或NiAl-Ni3Al联合粘结相,或Ni3Al-Ni联合粘结相。以Ni-Al金属间化合物为粘结相的硬质合金粘结相分布均匀、致密度高、合金强度高,粘结相中无氧化铝残留,避免了由于氧化铝存在而产生的脆性断裂源,提高了合金的使用性能。另外申请公开号为CN101613817A的中国专利“一种镍铝基复合材料作为高温自润滑耐磨材料的应用”专利技术了一种镍铝基复合材料作为高温自润滑耐磨材料，这种材料复合了Al2O3和TiC，复合材料的700-900℃的摩擦系数和磨损率低于Ni基合金，从而显著的提高了NiAl基复合材料的高温摩擦磨损性能。综合以上文献，目前制备方法主要通过金属间化合物预合金法和烧结反应法，通过往NiAl中添加各种陶瓷硬质相，制备出NiAl/陶瓷复合材料，在NiAl金属间化合物中加入高硬度的陶瓷颗粒，来提高材料的硬度和耐磨性，提高高温条件下抗氧化腐蚀和耐高温摩擦磨损性能。但烧结反应法需要原料进行化合反应，严重影响合金的收缩致密，会在复合材料中产生孔洞；而金属间化合物预合金法是先制备NiAl金属间化合物预合金粉，制备金属间化合物预合金粉时会形成团粒结构，导致粘结相分布的均匀性较差，成分稳定性低，并且该法需要经过两次烧结，步骤复杂，材料制备时间较长，耗能高。
技术实现思路
针对以上现有技术的不足，本专利技术提供一种镍铝-碳化钨（NiAl/WC）复合材料的制备方法，不需要进行高温烧结，通过混合粉末的热爆反应，一次性制备出成分稳定的复合材料。实现以下专利技术目的：1、制备的镍铝-碳化钨（NiAl/WC）复合材料致密度95%以上，同时，WC的质量分数最高可达40%。2、制备的镍铝-碳化钨（NiAl/WC）复合具有优异的高温耐磨性。3、该制备方法制备的镍铝-碳化钨（NiAl/WC）复合材料工艺简单，降低了能量消耗。为解决现有的技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种耐高温磨损镍铝-碳化钨（NiAl/WC）复合材料包括以下原材料：Ni粉、Al粉、WC粉；所述Ni粉、Al粉的摩尔比为1:1；WC粉的质量占Ni-Al-WC混合粉末总质量的5～40wt%；Ni粉：颗粒尺寸为100～300目，纯度95%～99.5%；Al粉：颗粒大小为100～300目，纯度95%～99.5%，WC粉：颗粒大小为100-200目，纯度95%～99.5%。一种耐高温磨损镍铝-碳化钨（NiAl/WC）复合材料的制备方法，其特征是包括以下实施步骤：(1)配料本工艺中使用的原材料中的规格如下：Ni颗粒尺寸为100～300目，纯度95%～99.5%；Al粉颗粒大小为100～300目，纯度95%～99.5%，WC颗粒大小为100-200目，纯度95%～99.5%。按照摩尔比1:1的比例混合Ni粉Al粉，然后将Ni-Al混合粉末与WC陶瓷粉末进行配比，其中WC在Ni-Al-WC混合粉末中的质量百分比在5-40wt%，将混合好的粉末在行星球磨机球磨2小时，得到均匀混合的粉末。压坯将步骤（1）中按比例混合好的Ni-Al-WC混合粉末施加200MPa～400MPa的压力压制成坯，压坯密度在75%以上。热爆合成辅助加压将压坯放入预热到温度700-1000℃的电阻加热炉中加热并且同时施加20-40MPa的压力，压力优选为30-40MPa；进一步优选为30MPa；引发热爆合成反应，反应完毕后，取出样品直至室温冷却。附图说明图1实施例1、2、3、4的NiAl/WC复合材料的XRD图；图2NiAl/WC复合材料的SEM图其中，（a）是实施例4的SEM图；（b）是实施例2的SEM图；（c）是实施例1的SEM图；（d）是碳化钨的EDS图谱；图3实施例1、2、4的NiAl/WC复合材料的800℃高温摩擦系数图；由于采用了上述技术方案，本专利技术达到的技术效果是：（1）本专利技术制备的镍铝-碳化钨（NiAl/WC）复合材料微观形貌均匀、致密度可达95%以上，稳定性非常好；（2）本专利技术制备的镍铝-碳化钨（NiAl/WC）复合材料显微硬度为450-570HV；（3）本专利技术制备的镍铝-碳化钨（NiAl/WC）复合材料耐高温磨损率（800℃）为5.47×10-5-8.47×10-5mm3(Nm)-1。本专利技术制备的镍铝-碳化钨（NiAl/WC）复合材料复合材料的成分主要为NiAl以及WC硬质相，整个过程利用原材料之间的热爆反应，不需要高温烧结，形成的复合材料两相分布均匀，制备的复合材料的致密度高，显微硬度高，同时具有良好的抗高温摩擦磨损性能。具体实施方式实施例1一种耐高温磨损的镍铝-碳化钨复合材料的制备方法(1)配料本工艺中使用的原材料中的规格如下：Ni粉：颗粒大小为200目，纯度99.0%；Al粉：颗粒大小为200目，纯度99.5%；WC粉：颗粒大小为200目，纯度99.5%。按照摩尔比1:1的比例混合Ni粉和Al粉，然后将Ni-Al混合粉末与WC粉进行混合，将混合好的粉末在行星球磨机球磨2小时，球磨的速度300r/min，得到均匀混合的Ni-Al-WC混合粉末；其中WC粉在Ni-Al-WC混合粉末中占的质量百分比为5%。压坯将步骤（1）中混合好的Ni-Al-WC混合粉末施加200MPa的压力压制成坯；压坯用内径为40mm的模具，压制成尺寸规格为直径40mm×30mm的圆柱形坯，压坯密度在75%。热爆合成辅助加压将电阻加热炉预热到700℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐高温磨损镍铝‑碳化钨复合材料，其特征在于：所述的复合材料的原材料包括Ni粉、Al粉、WC粉；所述Ni粉、Al粉的摩尔比为1:1；WC粉的质量占Ni‑Al‑WC混合粉末总质量的5～40wt%。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温磨损镍铝-碳化钨复合材料，其特征在于：所述的复合材料的原材料包括Ni粉、Al粉、WC粉；所述Ni粉、Al粉的摩尔比为1:1；WC粉的质量占Ni-Al-WC混合粉末总质量的5～40wt%。2.根据权利要求1所述的一种耐高温磨损镍铝-碳化钨复合材料，其特征在于：所述Ni粉：颗粒尺寸为100～300目，纯度95%～99.5%；Al粉：颗粒大小为100～300目，纯度95%～99.5%，WC粉：颗粒大小为100-300目，纯度95%～99.5%。3.一种耐高温磨损的镍铝-碳化钨复合材料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括：热爆合成辅助加压步骤；所述的热爆合成辅助加压：将压坯放入预热好的电阻加热炉中加热，同时施加压力，引发热爆合成反应，反应完毕后，取出样品冷却至室温。4.根据权利要求3所述的一种耐高温磨损的镍铝-碳化钨复合材料的制备方法，其特征在于：所述预热：预热温度到700℃～1000℃。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁建军，刘欣颖，娄淑梅，李东民，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37