一种Mo5Si3-Al2O3复合材料制造技术

为了改善粉末合金的硬度、耐磨性，设计了一种Mo5Si3‑Al2O3复合材料。用MoO3粉，Mo粉，Si粉和Al粉为原料，所制得的Mo5Si3‑Al2O3复合材料，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。其中，复合材料组织均匀细小、没有明显的气孔、裂纹等缺陷，晶粒尺寸在3μm之间。复合材料表现出高的烧结致密度、硬度和断裂韧性，且具有优异的抗摩擦磨损性能。随载荷增加，其摩擦因数和磨损率降低。复合材料主要的磨损机理为氧化磨损和从低载荷下的粘着‑剥落磨损过渡到高载荷下的磨粒磨损。本发明专利技术能够为制备高性能的Mo5Si3‑Al2O3复合材料提供一种新的生产工艺。

A Mo5Si3-Al2O3 Composite Material

In order to improve the hardness and wear resistance of powder alloys, a Mo5Si3_Al2O3 composite material was designed. The hardness, densification degree and flexural strength of Mo5Si3_Al2O3 composites prepared by using MoO3 powder, Mo powder, Si powder and Al powder as raw materials have been greatly improved. Among them, the composites have uniform and fine structure, no obvious defects such as pore and crack, and the grain size is between 3 microns. The composites exhibit high sintering density, hardness and fracture toughness, and have excellent friction and wear resistance. The friction coefficient and wear rate decrease with the increase of load. The main wear mechanisms of composites are oxidation wear and abrasive wear transition from adhesion and exfoliation wear under low load to abrasive wear under high load. The invention can provide a new production process for preparing high performance Mo5Si3 Al2O3 composite material.

【技术实现步骤摘要】
一种Mo5Si3-Al2O3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Mo5Si3-Al2O3复合材料。
技术介绍
复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。氧化铝是一种高硬度的化合物，熔点为2054℃，沸点为2980℃，在高温下可电离的离子晶体，常用于制造耐火材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善粉末合金的硬度、耐磨性，设计了一种Mo5Si3-Al2O3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：Mo5Si3-Al2O3复合材料的制备原料包括：纯度为99.5%，粒度为4μm的MoO3粉，纯度为99.5%，粒度为2μm的Mo粉，纯度为99.5%，粒度为3μm的Si粉和纯度为99.9%，粒度为20μm的Al粉。Mo5Si3-Al2O3复合材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨时间为24h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为60min，干燥温度为30℃，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，压制压力为150MPa。将制好的压坯置于石墨舟皿上，放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1200℃，保温时间为90min。Mo5Si3-Al2O3复合材料的检测步骤为：摩擦磨损实验采用TE70型摩擦磨损试验机，磨损率采用显微镜测量，磨损体积采用Micro型三维轮廓仪测定，相组成采用D240型X射线衍射仪分析，成分分析采用JS6700扫描电镜分析。所述的Mo5Si3-Al2O3复合材料，采用机械化学还原法结合热压烧结制备的Mo5Si3-Al2O3复合材料主要物相为Mo5Si3、Al2O3和Mo3Si。复合材料组织均匀细小、没有明显的气孔、裂纹等缺陷，晶粒尺寸在3μm之间。所述的Mo5Si3-Al2O3复合材料，细小Al2O3的引入可促进烧结和提高力学性能。复合材料表现出高的烧结致密度、硬度和断裂韧性，其致密度、硬度和断裂韧性分别为97%、1270HV和8MPa/m1/2。所述的Mo5Si3-Al2O3复合材料，Mo5Si3-Al2O3复合材料具有优异的抗摩擦磨损性能。随载荷增加，其摩擦因数和磨损率降低。摩擦因数和磨损率分别为0.03和0.0004mm3/(N·m)。与对磨件GCr15钢球相比，其磨损率降低了近1个数量级。复合材料主要的磨损机理为氧化磨损和从低载荷下的粘着-剥落磨损过渡到高载荷下的磨粒磨损。本专利技术的有益效果是：采用MoO3粉，Mo粉，Si粉和Al粉为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的Mo5Si3-Al2O3复合材料。其中，复合材料组织均匀细小、没有明显的气孔、裂纹等缺陷，表现出高的烧结致密度、硬度和断裂韧性。所制得的Mo5Si3-Al2O3复合材料，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本专利技术能够为制备高性能的Mo5Si3-Al2O3复合材料提供一种新的生产工艺。具体实施方式实施案例1：Mo5Si3-Al2O3复合材料的制备原料包括：纯度为99.5%，粒度为4μm的MoO3粉，纯度为99.5%，粒度为2μm的Mo粉，纯度为99.5%，粒度为3μm的Si粉和纯度为99.9%，粒度为20μm的Al粉。Mo5Si3-Al2O3复合材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨时间为24h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为60min，干燥温度为30℃，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，压制压力为150MPa。将制好的压坯置于石墨舟皿上，放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1200℃，保温时间为90min。Mo5Si3-Al2O3复合材料的检测步骤为：摩擦磨损实验采用TE70型摩擦磨损试验机，磨损率采用显微镜测量，磨损体积采用Micro型三维轮廓仪测定，相组成采用D240型X射线衍射仪分析，成分分析采用JS6700扫描电镜分析。实施案例2：球磨过程中反应能否发生取决于体系在室温下的绝热温度。要使机械诱导的自蔓延反应能够发生，则体系的绝热温度应高于1800℃。在球磨过程中反应不但容易进行而且是一个高放热体系。在球磨过程中原料粉体中的MoO3和Al粉之间将优先发生反应，反应发出大量的热进而诱发其它反应的发生生成Mo5Si3和Al2O3。球磨20h后，复合粉体的主要物相组成为Mo5Si3、Al2O3和少量残留的Mo。说明采用机械化学还原法可简单快速制备出Mo5Si3-Al2O3复合粉体。复合材料主要物相为Mo5Si3、Al2O3和Mo3Si，没有原料粉体残留和其它产物生成。Mo3Si的出现可能是由于热压烧结过程中复合粉体中残留的Mo与Mo5Si3发生反应生成Mo3Si。实施案例3：复合材料具有三相结构，组织均匀细小、没有明显的气孔、裂纹等缺陷，晶粒尺寸在3μm之间。黑色相为Al2O3，白色相为Mo5Si3和Mo3Si，灰色相为细小Mo5Si3、Al2O3和Mo3Si的混合体。采用排水法测定复合材料的相对密度为96.1%。同时，晶粒细化使复合材料具有更多的晶界，可吸收裂纹扩展功，提高断裂韧性。在细化晶粒和第二相强韧化的共同作用下，复合材料表现出高的硬度和断裂韧性，其硬度和断裂韧性分别为1370HV和8MPa/m1/2。实施案例4：Mo5Si3-Al2O3复合材料与GCr15轴承钢对磨时的摩擦因数均较小，且随载荷的增加，摩擦因数呈降低趋势。载荷为10N时，摩擦因数达到最小，其值为0.03。复合材料表现出优异的抗磨损性能。随载荷增加，复合材料磨损率保持稳定，对磨件GCr15钢球的磨损率比Mo5Si3-Al2O3复合材料高1个数量级。实施案例5：与GCr15钢球对磨时，Mo5Si3-Al2O3复合材料表现出优异的抗摩擦磨损性能。材料的抗磨损性能取决于材料的特性及其摩擦工艺参数。材料的磨损体积正比于材料的摩擦因数、载荷和摩擦距离，反比于材料的硬度。材料抗磨损性能还与材料的断裂韧性有关。Mo5Si3-Al2O3复合材料因具有高的硬度、断裂韧性和低的摩擦因数而表现出良好的抗摩擦磨损性能。实施案例6：复合材料以粘着-疲劳剥落磨损为主，复合材料摩擦表面粗糙，主要由聚集的块状磨屑、黑色的粘附层和白色的剥落区域组成。随摩擦载荷增加，复合材料逐渐由粘着磨损向磨粒磨损转变，载荷为10N时，复合材料摩擦表面变得平整，主要由细小的磨损颗粒组成，以磨粒磨损为主。在10N时，复合材料磨损表面的主要物相为MoO3、SiO2、Fe2O3、FeMoO4和基体组成相Mo5Si3和Al2O3。这些氧化物的形成表明在摩擦过程中组成相与环境中的氧发生了摩擦化学反应。而Fe2O3的出现说明摩擦过程中对磨材料GCr15钢球发生了明显的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.Mo5Si3‑Al2O3复合材料的制备原料包括：纯度为99.5%，粒度为4μm的MoO3粉，纯度为99.5%，粒度为2μm的Mo粉，纯度为99.5%，粒度为3μm的Si粉和纯度为99.9%，粒度为20μm的Al粉。

【技术特征摘要】
1.Mo5Si3-Al2O3复合材料的制备原料包括：纯度为99.5%，粒度为4μm的MoO3粉，纯度为99.5%，粒度为2μm的Mo粉，纯度为99.5%，粒度为3μm的Si粉和纯度为99.9%，粒度为20μm的Al粉。2.根据权利要求1所述的Mo5Si3-Al2O3复合材料，其特征是Mo5Si3-Al2O3复合材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨时间为24h，球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为60min，干燥温度为30℃，随后加入成形剂进行制粒，将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，压制压力为150MPa，将制好的压坯置于石墨舟皿上，放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1200℃，保温时间为90min。3.根据权利要求1所述的Mo5Si3-Al2O3复合材料，其特征是Mo5Si3-Al2O3复合材料的检测步骤为：摩擦磨损实验采用TE70型摩擦磨损试验机，磨损率采用显微镜测量，磨损体积采用Micro型三维轮廓仪测定，相组成采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明超，
申请(专利权)人：沈阳东青科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21