專利名稱：鎳硅基金屬間化合物復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明敘述了一種鎳硅基金屬間化合物復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
Ni3Si基金屬間化合物及其復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高硬度和優(yōu)良的耐酸性及高溫性能，是具有重要應(yīng)用前景的高溫結(jié)構(gòu)材料。
傳統(tǒng)的熔煉或粉末冶金方法制備Ni3Si基金屬間化合物及其復(fù)合材料，需要1200℃以上的高溫，粉末冶金法還需要的100MPa的壓力。這些方法所需設(shè)備復(fù)雜、能耗高、生產(chǎn)周期長，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種鎳硅基金屬間化合物復(fù)合材料及其制備方法。
一種鎳硅基金屬間化合物復(fù)合材料，其特征在于材料的原料由鎳23.5～75.6，硅3.7～12.1，三氧化二鉻1.9～11.3，三氧化鉻6.3～37.3，鋁4.1～24.2，活性炭0～1.2(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))組成。
復(fù)合材料的制備方法采用燃燒合成熔化法，利用化學(xué)反應(yīng)自身所釋放的熱量，合成具有高純度的致密Ni3Si基金屬間化合物復(fù)合材料。由于反應(yīng)產(chǎn)物存在短時熔融過程且反應(yīng)產(chǎn)物間存在密度差及互熔特性，可自發(fā)進(jìn)行增強(qiáng)相與基體的均勻混合，并迅速與雜質(zhì)分離，方便地獲得了不同自生相增強(qiáng)的復(fù)合材料。通過惰性氣體加壓，提高了材料的致密度，改善了材料的微觀組織結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的Ni3Si基金屬間化合物復(fù)合材料制備方法，其特征在于該方法包括按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為鎳23.5～75.6，硅3.7～12.1，三氧化二鉻1.9～11.3，三氧化鉻6.3～37.3，鋁4.1～24.2，活性炭0～1.2稱取粉狀反應(yīng)物料并混合均勻，置于石墨模具中以10～30MPa的壓力壓制成反應(yīng)胚體；將裝有反應(yīng)胚體的石墨模具置于反應(yīng)容器中，用惰性氣體吹洗反應(yīng)容器以排除其中的空氣；將胚料加熱到150℃～200℃，并在此溫度保溫1～2小時；再從容器中排除從反應(yīng)物料表面脫附的氣體，通入3～10MPa惰性氣體；繼續(xù)加熱到大約250～300℃，通過引燃劑引發(fā)反應(yīng)，引燃劑是由高錳酸鹽，鎂粉，硫化物組成的混合物，各組分高錳酸鹽∶鎂粉∶硫化物的質(zhì)量比為(1.0-2.0)∶(1.5-2.5)∶(1-2.0)，引燃劑混合物的重量百分含量占總反應(yīng)物料的2～10％；反應(yīng)完成后材料隨反應(yīng)容器冷卻至室溫。
采用以上工藝獲得了高純度，微觀組織致密且性能優(yōu)異的Ni3Si基金屬間化合物材料。本發(fā)明采用的制備Ni3Si基金屬間化合物材料的燃燒合成熔化法與傳統(tǒng)的熔煉和熱壓燒結(jié)方法相比，所需外加溫度大幅度下降，制備工藝及所需設(shè)備簡單，制備成本明顯降低。該方法制備的材料具有純度高、組織致密的優(yōu)點，所得到的材料具有較高強(qiáng)度、較高硬度及良好的抗磨性。本發(fā)明制備的材料性能重現(xiàn)性好，所測性能數(shù)據(jù)離散度不大于10％。
本發(fā)明采用燃燒合成熔化法制備Ni3Si基金屬間化合物復(fù)合材料，避免了現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)備簡便，工藝簡單，生產(chǎn)周期短，成本低廉。
硬度測定條件為，載荷500g，加載持續(xù)時間5s。采用三點彎曲試驗測定了材料的抗彎強(qiáng)度，試樣尺寸為30×3×3mm，跨距為25mm，壓頭下移速度為0.1mm/min。磨損試驗是在球-盤式SRV微動摩擦磨損試驗機(jī)上進(jìn)行的，盤為本發(fā)明的材料，尺寸為19×19×4mm，對偶為Φ10mm的G Cr15鋼球。載荷40N，振幅1mm，頻率25Hz，運轉(zhuǎn)時間30分鐘。
具體實施例方式
實施例1分別稱取質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為，鎳62.7，硅10.0，三氧化二鉻4.3，三氧化鉻14，鋁9.0的粉狀反應(yīng)物料；將反應(yīng)物料在球磨機(jī)中干混10小時；將混合好的物料稱取50g在石墨模具中以30MPa壓力壓制成胚體；同時，稱取5g引燃劑，以30MPa壓力壓制成塊；將裝有反應(yīng)胚體及引燃劑塊的石墨模具置于反應(yīng)容器中，用惰性氣體吹洗反應(yīng)容器以排除其中的空氣；將胚料加熱到200℃，并在此溫度保溫1小時；然后從容器中排除從反應(yīng)物料表面脫附的氣體，再通入5MPa惰性氣體；繼續(xù)加熱到260℃左右，引燃劑在此溫度下引發(fā)反應(yīng)；反應(yīng)完成后材料隨反應(yīng)容器冷卻至室溫，然后從容器中取出。
材料的顯微硬度、彎曲強(qiáng)度和磨損率列于表1。
表1 Ni3Si-Cr復(fù)合材料的硬度、彎曲強(qiáng)度及磨損率

實施例2分別稱取質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為，鎳62.5，硅10.0，三氧化二鉻4.3，三氧化鉻14，鋁9.0的粉狀反應(yīng)物料；活性炭0.2的粉狀反應(yīng)物料；將反應(yīng)物料在球磨機(jī)中干混10小時；將混合好的物料稱取50g在石墨模具中以30MPa壓力壓制成胚體；同時，稱取5g引燃劑，以30MPa壓力壓制成塊；將裝有反應(yīng)胚體及引燃劑塊的石墨模具置于反應(yīng)容器中，用惰性氣體吹洗反應(yīng)容器以排除其中的空氣；將胚料加熱到200℃，并在此溫度保溫1小時；然后從容器中排除從反應(yīng)物料表面脫附的氣體，再通入5MPa惰性氣體；繼續(xù)加熱到260℃左右，引燃劑在此溫度下引發(fā)反應(yīng)；反應(yīng)完成后材料隨反應(yīng)容器冷卻至室溫，然后從容器中取出。
材料的顯微硬度、彎曲強(qiáng)度和磨損率列于表2。
表2 含C的Ni3Si-Cr復(fù)合材料的硬度、彎曲強(qiáng)度及磨損率

權(quán)利要求
1.一種鎳硅基金屬間化合物復(fù)合材料，其特征在于材料的原料由鎳23.5～75.6，硅3.7～12.1，三氧化二鉻1.9～11.3，三氧化鉻6.3～37.3，鋁4.1～24.2，活性炭0～1.2(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))組成。
2.如權(quán)利要求1所述材料的制備方法，其特征在于該方法包括按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為鎳23.5～75.6，硅3.7～12.1，三氧化二鉻1.9～11.3，三氧化鉻6.3～37.3，鋁4.1～24.2，活性炭0～1.2稱取粉狀反應(yīng)物料并混合均勻，置于石墨模具中以10～30MPa的壓力壓制成反應(yīng)胚體；將裝有反應(yīng)胚體的石墨模具置于反應(yīng)容器中，用惰性氣體吹洗反應(yīng)容器以排除其中的空氣；將胚料加熱到150℃～200℃，并在此溫度保溫1～2小時；再從容器中排除從反應(yīng)物料表面脫附的氣體，通入3～10MPa惰性氣體；繼續(xù)加熱到大約250～300℃，通過引燃劑引發(fā)反應(yīng)，引燃劑是由高錳酸鹽，鎂粉，硫化物組成的混合物，各組分高錳酸鹽∶鎂粉∶硫化物的質(zhì)量比為(1.0-2.0)∶(1.5-2.5)∶(1-2.0)，引燃劑混合物的重量百分含量占總反應(yīng)物料的2～10％；反應(yīng)完成后材料隨反應(yīng)容器冷卻至室溫。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鎳硅基金屬間化合物復(fù)合材料及其制備方法。材料的原料由鎳23.5～75.6，硅3.7～12.1，三氧化二鉻1.9～11.3，三氧化鉻6.3～37.3，鋁4.1～24.2，活性炭0～1.2(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))組成。復(fù)合材料的制備方法采用燃燒合成熔化法，利用化學(xué)反應(yīng)自身所釋放的熱量，合成具有高純度的致密Ni
文檔編號C22C29/00GK1611623SQ20031010378
公開日2005年5月4日 申請日期2003年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月30日
發(fā)明者畢秦嶺, 喇培清, 劉維民, 薛群基 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所