双尺度颗粒增强金属基构型复合材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术属于金属基复合材料制备技术领域，公开了一种双尺度颗粒增强金属基构型复合材料、制备方法及应用，将纯钛粉和纯碳粉在真空式球磨机中充分搅拌混合后压制成型，并将压制好坯料破碎成颗粒，将颗粒清洗干净去除表面油渍和污染物之后将处理好的颗粒通过网筛，获得颗粒；将所得到的颗粒与不同体积分数的自制诱导剂进行混合，用自制粘结剂搅拌均匀，并填充到蜂窝构型的模具中，烘干、成型，得到含有特定形状的预制体；采用铸渗成型的方法将所得到的预制体与金属液实现浸渗、复合，通过原位反应得到所需的TiC增强金属基复合材料。本发明专利技术节约成本，利用浇注过程中发生的自蔓延反应得到颗粒增强金属基复合材料，提高金属与颗粒的结合强度。合强度。合强度。

【技术实现步骤摘要】
双尺度颗粒增强金属基构型复合材料、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于金属基复合材料制备
，尤其涉及一种双尺度颗粒增强金属基构型复合材料、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]目前，传统的钢铁耐磨材料主要包括高铬铸铁、高锰钢、合金钢等，传统耐磨材料是主要应用于冶金、电力、煤炭、工程机械等行业。如冶金行业中的破碎机和挖掘机，球磨机、金属轧机等；电力工业所用的磨煤机，水泥行业所用的立磨磨辊、衬板等。传统耐磨材料由于其自身的局限性，已经越来越难以满足于复杂工况的严苛的要求。目前，颗粒增强金属基复合材料，由于同时兼备金属基体的强韧性的优点以及特殊颗粒高强度、高硬度的优点，二者相互结合大大减弱了材料的磨损损耗，同时还能发挥金属的强韧性优点，能在很大程度上减轻材料的磨损，提高耐磨件的使用寿命，降低材料的消耗，大大节约了成本，因此越来越受到人们的青睐。在众多的颗粒中由于碳化物颗粒碳具有硬度高、熔点高、模量高，与金属的热膨胀系数小等特点，成为复合材料的最优异增强体之一。而在众多的碳化物中，碳化钛密度较低热膨胀系数小，强度高，耐磨、耐腐蚀、耐氧化性能较高，是研究最热的钢铁基复合材料增强体之一。但是由于碳化钛的市场价格比较昂贵，大大提高了生产成本，这与低成本发展理念背道而驰。因此选用一种新的制备方法来生产TiC增强钢铁基复合材料，使该复合材料既能满足要求又能节约成本已成为研究热点。
[0003]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：传统耐磨材料由于其自身的局限性，已经越来越难以满足于复杂工况的严苛的要求。同时，由于碳化钛的市场价格比较昂贵，大大提高了生产成本，这与低成本发展理念背道而驰。
[0004]解决以上问题及缺陷的难度为：颗粒增强金属基复合材料普遍存在增强颗粒与金属基体润湿性差的问题，很难找到一种与金属基体润湿性良好同时又具有高硬度的外加陶瓷颗粒，这种现象使得外加陶瓷颗粒增强金属基复合材料在承受磨损的同时会发生颗粒脱落现象，脱落的陶瓷颗粒成为新的磨料继续加强对金属基体的磨损，进一步降低了机器零部件的使用寿命。
[0005]解决以上问题及缺陷的意义为：通过制备双尺度TiC颗粒增强钢铁基复合材料，不仅能大大减少材料资源的浪费现象，并且所采用的是原位生成的方法获得的增强颗粒与金属基体润湿性良好，界面整洁无污染，提高界面结合能力的同时，还能缩短制备工序和时间。为颗粒增强金属基复合材料的进一步发展提供理论支撑，对减少能源消耗有一定的积极作用。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种双尺度颗粒增强金属基构型复合材料、制备方法及应用。
[0007]本专利技术是这样实现的，一种双尺度颗粒增强金属基构型复合材料制备方法，所述
双尺度颗粒增强金属基构型复合材料制备方法包括以下步骤：
[0008]步骤一，将Ti粉与C粉按照一定的比例配置后，在真空式球磨机中搅拌，充分混合均匀，得到Ti粉和C粉混合的合金粉；采用真空式球磨机混合不仅比手动混合所得到的混合金属粉更加均匀，并且在真空的环境下可以避免金属粉的氧化；
[0009]步骤二，将所述Ti粉和C粉混合的合金粉末放入特定模具中，将模具放置在压力机上压制，保压，进行压制成型，能得到具有一定强度的预制体，方便后期实验操作；
[0010]步骤三，将压制好的坯料采用特殊的实验方法进行破碎处理，并通过网筛过筛数遍，使所得到的颗粒大小基本一致；具有一定尺寸的陶瓷颗粒制作成预制体更方便金属液浸渗，并且尽量获得颗粒大小均匀一致的陶瓷颗粒能够保证实验数据的准确性；
[0011]步骤四，将处理好的颗粒与一定体积分数的自制原位诱导剂相混合，并加入特定粘结剂进行充分的搅拌，使原为诱导剂在陶瓷颗粒表面进行均匀的分布，添加诱导剂可以避免原位反应过程中生成的TiC颗粒出现团聚现象，最大程度上保证增强颗粒与弥散分布在金属基体中，含有不同诱导剂的颗粒在原位反应后所获得的TiC颗粒尺寸也是不同的；
[0012]步骤五，将混合好的颗粒填充到蜂窝构型的模具中，并进行烘干、成型，制成具有蜂窝构型的陶瓷颗粒预制体，蜂窝构型不仅使得预制体具有一定的强度，并且利于金属液的浸渗；
[0013]步骤六，采用铸渗的方法将获得的预制体放入型腔之中固定，并进行铸渗，使预制体与金属溶液在高温时发生自蔓延反应，得到预期的TiC颗粒增强金属基复合材料。
[0014]步骤七，待金属液冷却之后，即可获得TiC颗粒增强钢铁基构型复合材料。
[0015]进一步，步骤一中，所述搅拌时间为6～36h，在该时间段内可以使得混合的金属粉均匀性良好；
[0016]进一步，步骤二中，所述压制成型的方法为：将模具放置在压力机上，在5～50Pa的压力下压制并保压3～30min，得到具有理想强度的压坯；
[0017]进一步，步骤三中，所述网筛的目数为比增强体最小目数大2～6个目数，就会获得尺寸大小均匀一致的颗粒；
[0018]进一步，步骤三中，所述颗粒的目数为8～60目，在该目数下所得到的增强题颗粒能够在最大程度上保证浸渗的同时，也表现出良好的耐磨性；
[0019]进一步，步骤四中，所述自制原位诱导剂为金属粉末成分，包括还原铁粉、高铬铸铁粉、低铬铸铁粉、高锰钢粉、铜粉、硅粉或合金粉中的一种或几种，添加诱导剂可以避免原位反应过程中生成的TiC颗粒出现团聚现象，最大程度上保证增强颗粒与弥散分布在金属基体中，并且含有不同诱导剂的颗粒在原位反应后所获得的TiC颗粒尺寸也是不同的；
[0020]进一步，步骤四中，所述粘结剂为水玻璃、硅溶胶、聚乙烯醇或纤维素中的一种或几种，粘结剂的作用为使得颗粒能够制作成蜂窝构型的预制体；
[0021]进一步，步骤四中，所加入的诱导剂、粘结剂以增强体颗粒质量为参照，分别为质量分数的1％～90％、1％～30％，诱导剂过少颗粒的弥散程度不够，粘结剂添加过少所得预制体强度不高。
[0022]进一步，步骤七中，含有不同体积分数的诱导剂的增强颗粒在铸渗之后原位反应生成TiC颗粒的尺寸是不同的，且每种体积分数诱导剂的增强颗粒在铸渗之后生成的TiC颗粒在宏观上都形成毫米级颗粒，但是在微观上这些颗粒都呈微米级尺寸，诱导剂含量不同
所得TiC颗粒尺寸不同，双尺度颗粒混合增强，进一步提高了零部件的耐磨性和使用寿命。
[0023]本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述的双尺度颗粒增强金属基构型复合材料制备方法制备得到的双尺度颗粒增强金属基构型复合材料。金属基体为高锰钢、高铬铸铁或合金钢。
[0024]本专利技术的另一目的在于提供一种所述双尺度颗粒增强金属基构型复合材料在钢铁耐磨中的应用。
[0025]结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：本专利技术提供的双尺度颗粒增强金属基构型复合材料制备方法，首先将纯钛粉和纯碳粉按照一定比例在真空式球磨机中充分搅拌混合，之后在一定的压力进行压制成型，并采用特殊的处理方式将压制好坯料破碎成8
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60目大小的颗粒，将颗粒清洗干净本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双尺度颗粒增强金属基构型复合材料制备方法，其特征在于，所述双尺度颗粒增强金属基构型复合材料制备方法包括：步骤一，将Ti粉与C粉按照一定的比例配置后，在真空式球磨机中搅拌，充分混合均匀，得到Ti粉和C粉混合的合金粉；步骤二，将所述Ti粉和C粉混合的合金粉末放入特定模具中，将模具放置在压力机上压制，保压，进行压制成型；步骤三，将压制好的坯料采用特殊的实验方法进行破碎处理，并通过网筛过筛数遍；步骤四，将处理好的颗粒与一定体积分数的自制原位诱导剂相混合，并加入特定粘结剂进行充分的搅拌，使原为诱导剂在陶瓷颗粒表面进行均匀的分布；步骤五，将混合好的颗粒填充到蜂窝构型的模具中，并进行烘干、成型，制成具有蜂窝构型的陶瓷颗粒预制体；步骤六，采用铸渗的方法将获得的预制体放入型腔之中固定，并进行铸渗，使预制体与金属溶液在高温时发生自蔓延反应；步骤七，待金属液冷却之后，即可获得TiC颗粒增强钢铁基构型复合材料。2.如权利要求1所述的双尺度颗粒增强金属基构型复合材料制备方法，其特征在于，步骤一中，所述搅拌时间为6～36h。3.如权利要求1所述的双尺度颗粒增强金属基构型复合材料制备方法，其特征在于，步骤二中，所述压制成型的方法为：将模具放置在压力机上，在5～50Pa的压力下压制并保压3～30min。4.如权利要求1所述的双尺度颗粒增强金属基构型复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋业华，祝明明，周谟金，隋育栋，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：