一种镍铝基耐铝液腐蚀金属陶瓷复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种镍铝基耐铝液腐蚀金属陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：原料按质量百分比由以下组分组成：NiAl粉末：85

【技术实现步骤摘要】
一种镍铝基耐铝液腐蚀金属陶瓷复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及耐铝液腐蚀材料领域，尤其涉及一种镍铝基耐铝液熔蚀复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着工业技术的进步发展，铝合金凭借着很强的可塑性和强度高以及产量高等优点逐渐成为我国工业领域不可或缺的金属材料，但由于铝液具有较强的腐蚀性，在铸造过程中会对铝液直接接触的金属部件造成严重的熔蚀，对国民经济的发展产生了较大的影响。因此迫切需要开发耐铝液腐蚀的新材料，满足铝工业生产应用的需求。
[0003]单一材料往往难以克服自身的缺点，金属材料耐铝液腐蚀能力较差，容易产生点蚀、热疲劳等失效现象，而陶瓷材料虽然耐铝液腐蚀能力强，但具有易脆断且不耐热冲击等缺陷。金属与陶瓷复合材料可有效的改善单一陶瓷材料的脆性，使整体的强、韧性得到改善，是解决铸造铝合金行业难题的潜力材料。
[0004]目前，华南理工大学曾勇研究了Ti3AlC2/TiAl3复合材料的制备及其耐铝液熔蚀
‑
磨损性能，其耐铝液熔蚀
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磨损性能比H13钢提高了7倍。中国专利技术专利CN111440983A公开了一种多尺度硼化物增强的耐高温铝液熔蚀铁基材料及其制备方法，该专利技术通过利用电炉熔炼、铸造成形制备了多尺度硼化物增强的铁基材料，具有良好的耐铝液熔蚀性能和强韧性。中国专利技术专利CN103938050B公开了一种耐铝液腐蚀高密度金属陶瓷材料，该专利技术通过热压辅助烧结Ti粉、Ni粉、AlN和Al2O3粉，制备了耐铝液腐蚀高密度金属陶瓷材料。
[0005]虽然上述公开的复合材料具有很强的耐铝液腐蚀能力，但是其抗热震性能、高温抗氧化性还有所不足，同时在冷、热交变的工况条件下极易开裂限制了其使用。
[0006]镍基金属间化合物因具有良好耐腐蚀性能、高熔点、热稳定性等优点，广泛应用在化工能源产业、核能产业、交通运输等领域的装备制造材料，比如发动机涡轮部件、连铸机辊子、挤压模具等，但高温下具有低抗蠕变性、脆性大、高温强度及蠕变抗力均低，单一NiAl作为工业产品极其受限。
[0007]目前，主要通过陶瓷相增强镍基合金以及表面改性方法以提高镍基合金的高温蠕变性、力学强度及耐磨性，以石墨及陶瓷相为代表的增强和耐磨相加入到镍基合金基体中，通过粉末冶金工艺成形镍基复合材料。
[0008]但上述增强相与镍基合金界面存在结合强度弱，同时增强相在镍基合金中的分布状态调控困难，难以获得同时具备优异的耐铝液腐蚀性能与力学性能的NiAl基金属陶瓷复合材料。

技术实现思路

[0009]基于上述问题，本专利技术第一目的是提供一种制备过程简单且效率高，易于推广应用，关于镍铝基耐铝液熔蚀复合材料的制备方法，通过该方法得到制备的镍铝基耐铝液熔
蚀复合材料，具有较好的力学性能，优良的耐铝液腐蚀性能和高温抗氧化性能。
[0010]上述关于镍铝基耐铝液熔蚀复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1：称取原料
[0012]原料按质量百分比由以下组分组成：a粉末：85
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95wt％，TiB2粉末：6
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10wt％，B2O3粉末：3
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5wt％、Cu粉末：2
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4wt％，其中，a粉末为摩尔比为1:1的Al粉末和Ni粉末混合得到；
[0013]具体地，步骤1中所述Ni粉末、Al粉末、B2O3粉末、TiB2粉末和Cu粉末的纯度＞98％。
[0014]步骤2：球磨混合
[0015]将所述原料放入球磨机进行球磨，球磨后过200目筛子，得到NiAl
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B2O3‑
TiB2‑
Cu粉末，并对其进行干燥处理；
[0016]具体地，步骤2中所述球磨材料为不锈钢球，球料比为20：1，球磨时间为2
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3h，球磨转速为100
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200r/min。
[0017]步骤3：粉末压坯
[0018]将干燥处理后的NiAl
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B2O3‑
TiB2‑
Cu粉末置于自制模具中，在压力机上压制成相对致密度为80
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95％的坯体；
[0019]具体地，将混合粉末置于自制模具中，在压力机上压制成坯，压力机所施加的压力为200
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300MPa。
[0020]具体地，所述自制模具为石墨模具。
[0021]步骤4：热爆合成
[0022]将坯体置于放入热爆合成装置内，在Ar气环境中，升温至700℃
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1100℃，同时对坯体施加20
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30MPa的压力，进行热爆合成反应，得到NiAl
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B2O3‑
TiB2‑
Cu复合材料。
[0023]具体地，将压制成型的试样置于热爆合成装置的反应仓内，先抽真空后充满Ar气，将热爆合成装置外面包围的感应线圈，升温至700℃
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1100℃，同时利用上压装置施加20
‑
30MPa的压力，加速气体的排出，直至反应结束，取出试样，空冷至室温，得到NiAl
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B2O3‑
TiB2‑
Cu复合材料。
[0024]本专利技术制备得到的NiAl
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B2O3‑
TiB2‑
Cu复合材料，以NiAl金属间化合物作为基体，Cu作为粘结相，与陶瓷材料TiB2、B2O3合成金属陶瓷复合材料。NiAl原料来源广泛、成本低廉且高温比强度和比刚度高、抗氧化和抗腐蚀性能好等特点而备受青睐，但单一相高温下具有低抗蠕变性、室温下脆性大、高温强度及蠕变抗力均低的缺点，因此本专利技术原位合成B2O3‑
TiB2陶瓷增强相，提高其力学性能，并加入粘结相Cu，提高整体组织致密度，得到优异的耐铝液腐蚀性能与力学性能的复合材料。
[0025]TiB2具有高熔点(约为2980℃)、抗热震性、高硬度、高弹性模量(550Gpa)和在1000℃下的良好的抗氧化性能，能够改善NiAl材料的抗热震性能和耐磨性机械加工性能，还具有耐铝液腐蚀能力强等优异性能，但TiB2高温韧性差，扩散系数低，烧结性能差，使得纯TiB2材料的烧结制备很难；因此可以利用金属Cu作为粘结相，其优异的韧性和低熔点的特点来改善TiB2的韧性差、不易烧结等方面的缺点；同时，TiB2与大多数金属的湿润性较差，因此需要选择与TiB2润湿性好的金属Cu作为粘结相；而B2O3能够提高NiAl复合材料的高温流动性和铺展性，使之在铸造过程中形成更加致密材料，其次还能降低NiAl对熔融铝液的润湿性，增大接触角，延缓或防止涂层发生更严重的氧化，其次能够生成硼化物，对腐蚀产物的剥落和溶解具有阻碍作用；此外，Cu作为粘结相，不仅使TiB2涂层致密度变好，改善了的裂纹倾
向还使材料组织更加均匀，且降低了材料的脆性。
[0026]本专利技术还涉及一种上述制备方法制得的镍铝基耐铝液熔蚀复合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍铝基耐铝液腐蚀金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：称取原料原料按质量百分比由以下组分组成：a粉末：85
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95wt％，TiB2粉末：6
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10wt％，B2O3粉末：3
‑
5wt％、Cu粉末：2
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4wt％，其中，a粉末为摩尔比为1:1的Al粉末和Ni粉末混合得到；步骤2：球磨混合将所述原料放入球磨机进行球磨，球磨后过200目筛子，得到NiAl
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B2O3‑
TiB2‑
Cu粉末，并对其进行干燥处理；步骤3：粉末压坯将干燥处理后的NiAl
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B2O3‑
TiB2‑
Cu粉末置于自制模具中，在压力机上压制成相对致密度为80
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95％的坯体；步骤4：热爆合成将坯体置于放入热爆合成装置内，在Ar气环境中，升温至700℃
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1100℃，同时对坯体施加20
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30MPa的压力，进行热爆合成反应，得到NiAl
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B2O3‑
TiB2‑
Cu复合材料。2.根据权利要求1所述的一种镍铝基耐铝液腐蚀金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中所述Ni粉末、Al粉末、B2O3粉末、TiB2粉末和Cu粉末的纯度＞98％。3.根据权利要求1所述的一种镍铝基耐铝液腐蚀金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中Ni粉末和Al粉末的粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁建军，潘光浩，李祥，崔译丹，迟新宇，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：