一种ZrO2颗粒增强304L不锈钢基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种ZrO2颗粒增强304L不锈钢基复合材料的制备方法；包括步骤一、球磨混粉，分别称取一定质量的ZrO2颗粒与304L不锈钢粉末放入球磨罐中，加入适量配比的无水乙醇；步骤二、球磨之前在球磨罐中通入氩气，待氩气充满球磨罐内部后放入球磨机中进行球磨；步骤三、球磨结束后，将混合均匀的ZrO2颗粒与304L不锈钢粉末装入石墨模具预压；步骤四、将装好混合粉末的模具置于放电等离子烧结炉进行烧结成型。本发明专利技术所得的复合材料具备优良的性能，材料的成分均匀性得到较大提高，能够解决ZrO2P/304L不锈钢基复合材料界面结合弱及热导率低等问题。合材料界面结合弱及热导率低等问题。合材料界面结合弱及热导率低等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种ZrO2颗粒增强304L不锈钢基复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料制备
，具体涉及一种ZrO2颗粒增强304L不锈钢基复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]氧化物弥散强化(ODS)钢是通过向钢中添加熔点较高的细氧化物作为强化颗粒以提高基体钢的高温力学性能，通过添加某些细的氧化物颗粒可以有效地改善铁素体钢的高温蠕变强度、高温强度和良好的蠕变性能。
[0003]不锈钢中304L不锈钢具有高强度、高耐蚀性、高温性能优良及加工性能好的特点，广泛应用于工业生产和社会生活中。而ZrO2具有高的硬度、良好的耐磨耐蚀性，热膨胀系数与304L不锈钢相接近，且二者之间具有很好的化学相容性，常常用作钢基复合材料的增强相。ZrO2p/304L复合材料结合了陶瓷颗粒的高强度、硬度与金属基体塑韧性高的特点，因此得到了研究者的关注。
[0004]氧化物弥散强化钢制备的常用方法包括粉末冶金、机械合金化、内部氧化等。粉末冶金法这种方法制备的ODS钢已被广泛使用，由于在钢基体中分散有细氧化物而具有优异的高温强度和良好的蠕变性能。然而随着对材料的要求的提高，现有方法制备出的ODS钢致密度、增强相与基体的相容性及增强相分布的均匀性有待进一步改善以提高ODS钢的综合性能。
[0005]研究证明，通过调节球磨工艺参数可以有效改善混合粉末均匀性，并且放电等离子烧结是在加压过程中同时施加脉冲电流的一种烧结技术，烧结过程中脉冲电流产生的等离子体有利于降低粉末的烧结温度；同时低电压、高电流的特点，能使粉末快速烧结致密。
[0006]因此，需要研究设计一种ZrO2颗粒增强304L不锈钢基复合材料的制备方法，以改善上述现有技术问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术设计的一种ZrO2颗粒增强304L不锈钢基复合材料的制备方法，用于解决现有技术ZrO
2P
/304L不锈钢基复合材料制备方法复杂、致密度低、增强体与基体相容性差以及增强体分布均匀性差的问题。
[0008]本专利技术的技术方案：
[0009]一种ZrO2颗粒增强304L不锈钢基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]步骤一、球磨混粉，分别称取一定质量的ZrO2颗粒与304L不锈钢粉末，并将二者放入球磨罐中，接着加入适量配比的无水乙醇；
[0011]步骤二、球磨之前在球磨罐中通入氩气，待氩气充满球磨罐内部后放入行星式球磨机中以一定的球磨转速、时间、球料比和间隔来进行球磨；
[0012]步骤三、球磨结束后，将混合均匀的ZrO2颗粒与304L不锈钢粉末装入石墨模具中，进行预压；
[0013]步骤四、将装好混合粉末的模具置于放电等离子烧结炉进行烧结，使得ZrO2颗粒与304L不锈钢粉末烧结成型。
[0014]所述步骤一中的ZrO2颗粒粒径为50～200μm，304L不锈钢粉末粒径为1～20μm。
[0015]所述步骤一中的ZrO2颗粒与304L不锈钢粉末的质量之比为1:(5～10)。
[0016]所述步骤一中无水乙醇与ZrO2颗粒与304L不锈钢混合粉末质量之比为1：(1～2.5)。
[0017]所述步骤二中球磨参数中球料比为(2～3)：1；
[0018]球磨转速200～350rpm，球磨时间20～30min然后停机3～5min，反复此操作，球磨总时间2～5h。
[0019]所述步骤三预压压强为3～10MPa。
[0020]所述步骤四中放电等离子烧结炉烧结工艺参数包括：烧结炉升温速率为40～100℃/min，烧结炉烧结温度1100～1300℃，烧结保温保压时间10～20min，压力为25～45Mpa，加热结束后随炉冷却。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022](1)本专利技术通过调节球磨参数即可实现对不同配比的ZrO2颗粒与304L不锈钢粉末均匀混合，对操作人员的专业技能无特殊要求，操作简便。
[0023](2)本专利技术所制备ZrO2P/304L不锈钢基复合材料ZrO2颗粒体积分数可在0～50％内任意、精确调控。本专利技术制备工艺简单高效，对原材料无特殊要求，无需进行预处理。
[0024](3)本专利技术设计的制备方法ZrO2颗粒在304L不锈钢中均匀分布且无团聚、无取向，复合材料各向同性。
[0025](4)本专利技术中SPS烧结通过在复合粉体上下两端施加脉冲电流和压力实现烧结，温度较低，低于304L不锈钢熔点100～300℃，对ZrO2颗粒分布均匀性影响小；同时除利用焦耳热和加压产生来烧结之外，还利用了粉末间脉冲放电来促进烧结，具有烧结时间短、烧结温度低、节能环保等优点，所制备的材料晶粒细小、致密度高。球磨
‑
SPS烧结材料制备方法适用性非常广，本专利技术相关参数对其他合金陶瓷复合材料的制备有借鉴意义。
附图说明
[0026]图1为本专利技术设计的ZrO2颗粒增强304L不锈钢基复合材料的制备方法流程框图
[0027]图2为本专利技术所述的实施例一中球磨混粉所得混合粉末形貌；
[0028]图3为本专利技术所述的实施例一中SPS所制备的φ60mm圆柱体宏观形貌；
[0029]图4为本专利技术所述的实施例一中SPS所制备的φ60mm圆柱体微观形貌；
[0030]图5为本专利技术所述的实施例一中SPS所制备ZrO2p/304L复合材料背散射图像；
[0031]图6为本专利技术所述的实施例一中SPS所制备ZrO2p/304L复合材料界面处元素分布示意图；
[0032]图7为本专利技术所述的实施例二中球磨混粉所得混合粉末形貌；
[0033]图8为本专利技术所述的实施例二中SPS所制备的φ60圆柱体微观形貌。
具体实施方式
[0034]下面结合附图和实施例对本专利技术的一种ZrO2颗粒增强304L不锈钢基复合材料的
制备方法进行详细说明。
[0035]本专利技术通过球磨机械均匀混合ZrO2颗粒与304L不锈钢粉末，然后使用SPS将混合粉末烧结制备块体复合材料。材料致密无孔隙，ZrO2颗粒体积分数可在0～50％任意、精确调控，添加物分布均匀无团聚，材料力学性能各向同性，界面处无元素偏聚或反应。
[0036]利用本专利技术所得的复合材料具备优良的性能，材料的成分均匀性得到较大提高，能够解决ZrO2P/304L不锈钢基复合材料界面结合弱及热导率低等问题。
[0037]一种ZrO2颗粒增强304L不锈钢基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0038]步骤一、球磨混粉，分别称取一定质量的ZrO2颗粒与304L不锈钢粉末，并将二者放入球磨罐中，接着加入适量配比的无水乙醇
[0039]步骤二、球磨之前在球磨罐中通入氩气，待氩气充满球磨罐内部后放入行星式球磨机中以一定的球磨转速、时间、球料比和间隔来进行球磨；
[0040]步骤三、球磨结束后，将混合均匀的ZrO2颗粒与304L不锈钢粉末装入石墨模具中，进行预压；
[0041]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种ZrO2颗粒增强304L不锈钢基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、球磨混粉，分别称取一定质量的ZrO2颗粒与304L不锈钢粉末，并将二者放入球磨罐中，接着加入适量配比的无水乙醇；步骤二、球磨之前在球磨罐中通入氩气，待氩气充满球磨罐内部后放入行星式球磨机中以一定的球磨转速、时间、球料比和间隔来进行球磨；步骤三、球磨结束后，将混合均匀的ZrO2颗粒与304L不锈钢粉末装入石墨模具中，进行预压；步骤四、将装好混合粉末的模具置于放电等离子烧结炉进行烧结，使得ZrO2颗粒与304L不锈钢粉末烧结成型。2.根据权利要求1所述的一种ZrO2颗粒增强304L不锈钢基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的ZrO2颗粒粒径为50～200μm，304L不锈钢粉末粒径为1～20μm。3.根据权利要求2所述的一种ZrO2颗粒增强304L不锈钢基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的ZrO2颗粒与304L不锈钢粉末的质量之比为1:(5～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘仕超，李垣明，辛勇，郭子萱，陈平，唐昌兵，张吉斌，张林，杨洪润，吕新知，路怀玉，周明扬，王浩煜，袁攀，廖楠，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：