專利名稱：一種鐵鋁碳化鈦復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明敘述了一種Fe3Al-TiC復(fù)合材料的制備方法，制備的復(fù)合材料具有較高的強(qiáng)度、硬度和優(yōu)異的抗磨損性能，可以用作耐磨、耐高溫和耐腐蝕的結(jié)構(gòu)部件。
背景技術(shù)：
因?yàn)镕e3Al具有重量輕，比強(qiáng)度高，成本低(不含有戰(zhàn)略性元素)，熱膨脹系數(shù)低，良好的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，以及耐磨性能和高溫條件下抗氧化性、抗腐蝕和硫蝕等一系列優(yōu)點(diǎn)，而且原材料資源豐富、價(jià)格低，因而制備和生產(chǎn)Fe3Al基復(fù)合材料更經(jīng)濟(jì)且易于推廣和應(yīng)用，因此在近年來得到了普遍重視，有望成為新型的結(jié)構(gòu)材料。但是Fe3Al材料不足的強(qiáng)度、低的室溫韌性和高溫抗蠕變性嚴(yán)重影響了 Fe3Al作為工程材料的應(yīng)用。目前的一些研究表明合金化以及適當(dāng)?shù)臒崽幚砗捅砻嫣幚砑夹g(shù)，使合金的室溫塑性有了大幅度的提高，Cr、Mo、Nb、W等元素的合金化也使合金在600°C下的強(qiáng)度得到了明顯改善。其中加入Cr還能提高復(fù)合材料的抗腐蝕性。通過陶瓷增強(qiáng)可以彌補(bǔ)合金的高溫強(qiáng)度低的不足，但是隨著加入的陶瓷顆粒含量的增多又使得材料的室溫塑性降低。CN02147653.5公開了一種原位合成Fe3AlCa5硬質(zhì)相增強(qiáng)的FeAl基金屬間化合物復(fù)合材料的制備方法。所制備的材料純度高、組織致密、晶粒小等優(yōu)點(diǎn)，并且由于硬質(zhì)相Fe3AlCa5的添加，其強(qiáng)度、抗蠕變性和抗環(huán)境氫脆得到了提高。CN101818271A公開了一種通過熱壓燒結(jié)的方法制備Fe3AVAl2O3納米復(fù)相陶瓷的制備方法。具體步驟是將Fe3Al含量為5 20%的粉末與Al2O3混合均勻后，置于真空熱壓燒結(jié)爐中，燒結(jié)溫度1250°C 1400°C，壓力2.5t，燒結(jié)時(shí)間為15 60分鐘的條件下燒結(jié)成型，獲得性能良好的復(fù)合材料。TiC具有高熔點(diǎn)、高硬度(20 30GPa)、耐熱、耐腐蝕、低密度、低的化學(xué)反應(yīng)活性，因此其適合作為復(fù)合材料增強(qiáng)相。硬質(zhì)相TiC的添加可以顯著提高Fe3Al基復(fù)合材料的強(qiáng)度、抗蠕變性、抗磨損性能等。采用雙向熱壓燒結(jié)的方法制備復(fù)合材料，容易獲得接近理論密度、氣孔率接近于零的燒結(jié)體，容易得到細(xì)晶粒的組織，容易實(shí)現(xiàn)晶體的取向效應(yīng)，因而容易得到良好力學(xué)性能的產(chǎn)品O

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鐵鋁碳化鈦復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明通過加入TiC陶瓷相來提高Fe3Al復(fù)合材料的硬度、強(qiáng)度和抗磨性能，從而能在高溫、腐蝕和抗磨領(lǐng)域獲得應(yīng)用。一種鐵鋁碳化鈦復(fù)合材料的制備方法，其特征在于分別稱取質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為50 85%的Fe3Al粉末，15 50%的TiC粉末，裝入密封罐中，在球磨機(jī)中干混合4 8小時(shí)，控制轉(zhuǎn)速為200 3 00r/min，得到Fe3Al-TiC復(fù)合粉末，將混合后的復(fù)合粉末裝入石墨模具，置于真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓成型燒結(jié)，升溫速率為10 20°C /min，真空度為ICT1 10_3Pa，燒結(jié)溫度為1250 1350°C，燒結(jié)壓力為30 50MPa，燒結(jié)時(shí)間為30 45min，燒結(jié)完成后冷卻至室溫，得到塊體Fe3Al-TiC復(fù)合材料。
本發(fā)明采用的Fe3Al粉末的粒徑為2 5 μ m。本發(fā)明采用的TiC粉末的粒徑為50_100nm。采用排水法進(jìn)行密度測試。維氏硬度測定條件為:載荷300g，加載持續(xù)時(shí)間10s。采用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)測定了材料的抗彎強(qiáng)度，試樣尺寸為30mmX3mmX3mm,跨距為20mm,壓頭下移速度為0.5mm/min。壓縮強(qiáng)度試樣尺寸為(p3mmx3mm，壓頭下移速度為0.lmm/min。摩擦磨損試驗(yàn)是在球盤接觸式SRV-1微動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，盤為本發(fā)明的材料，尺寸為cp24mmx8mm，對(duì)偶為(plOmm的GCrl5鋼球。載荷40N,滑動(dòng)速率0.04m/s,振幅Imm,運(yùn)行時(shí)間20分鐘。復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能，硬度為4.70 11.50Gpa，彎曲強(qiáng)度為1000 1400MPa，壓縮強(qiáng) 度為1600 1900MPa，相對(duì)密度達(dá)到99 %以上，同時(shí)具有優(yōu)異的抗高溫氧
化，抗高溫腐蝕，抗磨損等性能，是具有重要應(yīng)用前景的高溫結(jié)構(gòu)材料。有望在航空、化工、以及在高溫抗磨領(lǐng)域，如高溫軸承、軸套、軸瓦、密封件等獲得廣泛應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:分別稱取質(zhì)量百分?jǐn)?shù)Fe3Al粉末85%，TiC粉末15%，裝入密封罐中，在球磨機(jī)中干混合4小時(shí)，其中轉(zhuǎn)速為200r/min，得到Fe3Al與15% TiC的復(fù)合粉末，將混合后的復(fù)合粉末裝入石墨模具，置于真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓成型燒結(jié)，真空度為I X IO-1Pa,升溫速率為10°C /min，燒結(jié)溫度為1250°C，燒結(jié)壓力為30MPa，燒結(jié)時(shí)間為30min。燒結(jié)完成后冷卻至室溫，取出材料，得到Fe3Al-15% TiC復(fù)合材料，材料性能在下表中給出。
權(quán)利要求
1.一種鐵鋁碳化鈦復(fù)合材料的制備方法，其特征在于分別稱取質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為50 85%的Fe3Al粉末，15 50%的TiC粉末，裝入密封罐中，在球磨機(jī)中干混合4 8小時(shí)，控制轉(zhuǎn)速為200 300r/min，得到Fe3Al-TiC復(fù)合粉末，將混合后的復(fù)合粉末裝入石墨模具，置于真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓成型燒結(jié)，升溫速率為10 20°C /min，真空度為ICT1 10_3Pa，燒結(jié)溫度為1250 1350°C，燒結(jié)壓力為30 50MPa，燒結(jié)時(shí)間為30 45min，燒結(jié)完成后冷卻至室溫，得到塊體Fe3Al-TiC復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于Fe3Al粉末的粒徑為2 5μ m。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其 特征在于TiC粉末的粒徑為50-100nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鐵鋁碳化鈦復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明通過加入TiC陶瓷相來提高Fe3Al復(fù)合材料的硬度、強(qiáng)度和抗磨性能。復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能，硬度為4.70～11.50Gpa，彎曲強(qiáng)度為1000～1400MPa，壓縮強(qiáng)度為1600～1900MPa，相對(duì)密度達(dá)到99％以上，同時(shí)具有優(yōu)異的抗高溫氧化，抗高溫腐蝕，抗磨損等性能，是具有重要應(yīng)用前景的高溫結(jié)構(gòu)材料。有望在航空、化工、以及在高溫抗磨領(lǐng)域，如高溫軸承、軸套、軸瓦、密封件等獲得廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)C22C32/00GK103173675SQ201110440028
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者楊軍, 劉維民, 張興華, 畢秦嶺, 馬吉強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所