一种原位反应制备TiCx颗粒增强Ni(Si)复合材料的方法技术

本发明专利技术公开一种原位反应制备TiCx颗粒增强Ni(Si)复合材料的方法，属于金属基复合材料制备技术领域。该方法首先将Ti3SiC2陶瓷和金属镍进行研磨、超声清洗，然后将表面处理后的Ti3SiC2陶瓷与金属镍置于在热压炉中，并将热压炉抽真空或氩气保护；真空状态下，在热压炉中的真空度达到10

A Method of Preparing TiCx Particle Reinforced Ni(Si) Composites by In-situ Reaction

The invention discloses a method for preparing TiCx particle reinforced Ni (Si) composite material by in-situ reaction, which belongs to the technical field of metal matrix composite preparation. In this method, Ti3SiC2 ceramics and nickel are first ground and cleaned by ultrasonic, then the surface treated Ti3SiC2 ceramics and nickel are placed in the hot-pressing furnace, and the vacuum of the hot-pressing furnace is pumped or protected by argon gas. Under vacuum condition, the vacuum degree in the hot-pressing furnace reaches 10.

【技术实现步骤摘要】
一种原位反应制备TiCx颗粒增强Ni(Si)复合材料的方法
：本专利技术属于金属基复合材料制备
，具体涉及一种原位反应制备TiCx颗粒增强Ni(Si)复合材料的方法。
技术介绍
：TiC具有高硬度(32GPa)、高熔点(3065℃)、低密度(4.93g/cm3)等特性，常作为金属基复合材料增强相。TiC增强Ni基合金复合材料具有优异的力学性能而受到研究人员的广泛关注。原位生成的TiC增强Ni基合金复合材料中，增强相TiC与Ni基体界面结合牢固，增强相颗粒细小而且在基体中分布均匀。很多研究学者采用不同的方法制备了原位TiC-Ni基合金复合材料。文献1(Mater.Sci.Eng.A,2010,527:3898)采用中频感应熔铸的方法制备出原位20％TiC-Ni基合金复合材料；文献2(Mater.Sci.Eng.A,2000,280:328)采用燃烧合成的方法制备出原位TiC-Ni基合金复合材料。除了通过添加Ti粉和C粉使其原位反应来合成TiC增强Ni基合金复合材料外，文献3(J.AlloyCompd.,2014,602:53)通过MAX相材料的拓扑反应制备非化学计量比的TiCx增强金属基复合材料。但是上述方法都是采用粉体材料作为先驱体，导致吸附气体难以消除，制备过程中需要高压成形，相对铸造合金，材料致密度较低。因此，寻求一种工艺简单、操作方便、高致密度的TiCx颗粒增强Ni(Si)复合材料制备方法具有重要的实际意义。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提出一种工艺条件容易控制、反应时间短、纯度高、致密度高的原位反应制备TiCx颗粒增强Ni(Si)复合材料的方法。本专利技术以块体Ti3SiC2陶瓷和金属镍为先驱体；所制备的TiCx颗粒增强Ni(Si)复合材料TiCx的体积<50％，TiCx的含量可以由原始配比中Ti3SiC2陶瓷与Ni的含量来调节。本专利技术所提供的一种原位反应制备TiCx颗粒增强Ni(Si)复合材料的方法的具体步骤如下：(1)将块体Ti3SiC2陶瓷与金属镍进行表面处理，然后将处理好的所述块体Ti3SiC2陶瓷与所述金属镍安装在热压炉中，并将所述热压炉抽真空或氩气保护；所述块体Ti3SiC2陶瓷的体积小于或等于所述金属镍的体积。(2)所述热压炉中的真空度达到10-2Pa时或在氩气保护状态下开始加热，在温度为1300℃、压力0～10MPa下恒压保温30～120min，使所述块体Ti3SiC2陶瓷与所述金属镍原位反应制备TiCx颗粒增强Ni(Si)复合材料。(3)反应完成后，在原真空条件或氩气保护下使所述热压炉降温至200℃，然后自然冷却。所述步骤(2)中，以10～15℃/min的升温速率加热至1300℃，保温30～120min；以0.2kN/min的加载速率加压至10MPa以内。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果。1、本专利技术采用的原料简单，需要块体Ti3SiC2陶瓷和商业用金属Ni，相对粉体材料，原材料廉价易得。2、工艺简单，成本低。本专利技术采用块体材料为先驱体，制备过程通过原位扩散反应制备，致密化与反应过程同时进行。相对于粉体材料制备复合材料，减少粉末化、混料等过程，致密化时所需压力小，而且工艺流程简单，节省费用。3、制备材料致密度高，性能优良。选用块体材料作为先驱体，制备的复合材料可以达到理论密度，而且基体与增强相间界面清洁、润湿性良好、界面结合牢固，利用本专利技术提供的方法制备TiCx颗粒增强Ni(Si)复合材料，其硬度达到HV663，弯曲强度达到1234MPa。附图说明：图1为本专利技术方法中Ti3SiC2与Ni体积比为1:1时，温度为1300℃、压力5MPa、保温120min条件下制备的TiCx颗粒增强Ni(Si)复合材料扫面电子显微镜照片。图2为本专利技术方法制备的TiCx颗粒增强Ni(Si)复合材料X射线衍射图谱。具体实施方式：实施例1：选择块体Ti3SiC2陶瓷与金属Ni体积比为1:1，将块体Ti3SiC2陶瓷和金属Ni用1000#SiC砂纸研磨、超声清洗后，装入高温热压炉中，开始抽真空。当真空度达到5×10-2Pa时，以15℃/min的升温速率加热，同时以0.2kN/min的速率加压至5MPa。在温度为1300℃、压力为5MPa，恒压保温120min，然后在原真空条件随炉冷却降温至200℃，最后自然冷却。原位反应生成致密的TiCx颗粒增强Ni(Si)复合材料。实施例2：选择块体Ti3SiC2陶瓷与金属Ni体积比为1:1，将Ti3SiC2陶瓷和金属Ni用1000#SiC砂纸研磨、超声清洗后，装入高温热压炉中，并且用氩气保护。以15℃/min的升温速率加热，同时以0.2kN/min的速率加压至1MPa。在温度为1300℃、压力为1MPa，恒压保温120min，然后在氩气保护下随炉冷却降温至200℃，最后自然冷却。制备了致密的TiCx颗粒增强Ni(Si)复合材料。实施例3：选择块体Ti3SiC2陶瓷与金属Ni体积比为1:2，将Ti3SiC2陶瓷和金属Ni用1000#SiC砂纸研磨、样品超声清洗后，装入高温热压炉中，开始抽真空。当真空度达到5×10-2Pa时，以15℃/min的升温速率加热，同时以0.2kN/min的速率加压至5MPa。在温度为1300℃、压力为5MPa，恒压保温90min，然后在原真空条件随炉冷却降温至200℃，最后自然冷却。获得致密的TiCx颗粒增强Ni(Si)复合材料。图1为Ti3SiC2陶瓷与金属Ni体积比为1:1在1300℃、120min、5MPa真空条件下原位反应制备复合材料的扫描电镜照片。图中黑色为增强相，白色为基体，基体上也分布着大量细小的、颗粒状的增强相。图2为Ti3SiC2陶瓷与金属Ni体积比为1:1时制备的复合材料的X射线衍射谱。除了Ni和TiCx衍射峰以外，就没有发现其他衍射峰的存在，在图中没有发现其他反应相生成。由实施例1、实施例2和实施例3可见，本专利技术利用Ti3SiC2陶瓷与金属Ni之间的拓扑反应，原位制备TiCx颗粒增强Ni(Si)复合材料。本专利技术所需设备简单，施加压力小，工艺简单，容易控制。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原位反应制备TiCx颗粒增强Ni(Si)复合材料的方法，其特征在于该方法具体步骤如下：(1)将块体Ti3SiC2陶瓷与金属镍进行表面处理，然后将处理好的所述块体Ti3SiC2陶瓷与所述金属镍安装在热压炉中，并将所述热压炉抽真空或氩气保护；所述块体Ti3SiC2陶瓷的体积小于或等于所述金属镍的体积；(2)所述热压炉中的真空度达到10‑2Pa时或在氩气保护状态下开始加热，在温度为1300℃、压力0～10MPa下恒压保温30～120min，使所述块体Ti3SiC2陶瓷与所述金属镍原位反应制备TiCx颗粒增强Ni(Si)复合材料；(3)反应完成后，在原真空条件或氩气保护下使所述热压炉降温至200℃，然后自然冷却。

【技术特征摘要】
1.一种原位反应制备TiCx颗粒增强Ni(Si)复合材料的方法，其特征在于该方法具体步骤如下：(1)将块体Ti3SiC2陶瓷与金属镍进行表面处理，然后将处理好的所述块体Ti3SiC2陶瓷与所述金属镍安装在热压炉中，并将所述热压炉抽真空或氩气保护；所述块体Ti3SiC2陶瓷的体积小于或等于所述金属镍的体积；(2)所述热压炉中的真空度达到10-2Pa时或在氩气保护状态下开始加热，在温度为1300℃、压力0～10MPa下恒压保温30～120min，使所述块体Ti3SiC2陶瓷与所述金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹孝辉，孟威，包全和，国礼杰，敬和民，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34