專利名稱：復(fù)相TiC-Cr₇C₃陶瓷顆粒梯度增強鋼基復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬基復(fù)合材料的制備方法，特別是涉及復(fù)相陶瓷顆粒梯度增強鋼基復(fù)合 材料的制備方法。
背景技術(shù)：
鋼基復(fù)合材料的增強方式主要有外加顆粒和內(nèi)生顆粒，外加顆粒工藝復(fù)雜，價格昂貴， 且外加顆粒與基體潤濕性、物理和化學(xué)相容性都比較差，會導(dǎo)致產(chǎn)生界面污染和接合不良， 形成界面反應(yīng)層以及分布不均勻、易于偏聚于晶界等一系列難以克服的問題，因而增強效果 不理想。內(nèi)生顆?；径际钦w復(fù)合，因而基體鋼的沖擊韌性大大降低，從而在一定程度上 限制了鋼基復(fù)合材料的推廣和應(yīng)用。因此，近年來梯度增強鋼基復(fù)合材料的開發(fā)受到了人們 越來越多的重視。
由于TiC和Cr7C3陶瓷具有高硬度、高比模量、高熔點、熱穩(wěn)定性好等多種優(yōu)良的綜合 性能，因此，可作為典型的增強顆粒來強化鋼基體制備鋼基復(fù)合材料。專利02109101.3中 采用A1、 Ti和C粉制成預(yù)制塊，在鑄型內(nèi)反應(yīng)形成TiC陶瓷顆粒，制備局部增強鋼基復(fù)合 材料；而專利200610038185.0中則采用Ni、 Al、 Ti和C粉制成坯塊，澆鑄金屬液后反應(yīng)形 成TiC/Ni3Al金屬間化合物基表面復(fù)合涂層。由于A1粉在反應(yīng)過程中容易汽化，因此在復(fù)合 材料制備過程中對于工藝要求嚴(yán)格，否則容易產(chǎn)生氣孔。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、可靠，易于推廣應(yīng)用的復(fù)相TiC-Cr7C3陶瓷顆粒梯 度增強鋼基復(fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是采用Cr、 Ti和C粉，通過鑄型內(nèi)澆鑄高溫金屬鋼液誘發(fā)反應(yīng)物 壓坯的燃燒合成反應(yīng)，形成原位TiC和Ci"7C3陶瓷顆粒，制備復(fù)相TiC-Cr7C3陶瓷顆粒梯度 增強鋼基復(fù)合材料。具體工藝過程包括反應(yīng)物壓坯的制備和鑄型型腔內(nèi)的燃燒合成反應(yīng)原位 形成陶瓷增強顆粒兩個階段
1)反應(yīng)物壓坯的制備
a. 壓坯組成壓坯由粉料粒度小于55微米的Cr、 Ti和C粉組成，其比例按照體積分 數(shù)比l:3《TiC:Cr7C3《3:l;
b. 混料將上述配制好的Cr、 Ti和C粉裝入球磨混料機中，混料6土1小時，使之混 合均勻；
c. 壓制成型把混合均勻的粉體放入模具中，在室溫下壓制成坯，壓坯密度為壓坯理
論密度的62±5%;
2)原位陶瓷增強顆粒的形成
a. 預(yù)處理將反應(yīng)物壓坯放入真空或有氬氣保護的烘干爐內(nèi)，加熱至350士100 °C，烘 干除氣4士1小時；
b. 原位陶瓷增強顆粒的形成將預(yù)處理后的壓坯置于鑄型型腔內(nèi)鑄件需要增強的特定
區(qū)域或位置，隨后將1550土5(TC高溫金屬鋼液澆注到鑄型內(nèi)，引燃壓坯內(nèi)的燃燒合成反應(yīng)， 形成TiC和Cr7C3陶瓷增強顆粒，從而制備出原位TiC-Cr7C3陶瓷顆粒梯度增強鋼基復(fù)合材 料。
本發(fā)明與目前已有的技術(shù)相比具有以下特點
本發(fā)明提供一種工藝簡單、可靠，且易于推廣應(yīng)用的復(fù)相陶瓷顆粒梯度增強鋼基復(fù)合材 料的制備方法，即采用Cr、 Ti和C粉原位反應(yīng)形成TiC和Cr7C3陶瓷顆粒，通過復(fù)相增強 來提高鑄件服役區(qū)域的硬度和耐磨性，而基體本身則保持其原有的韌性。此外，添加的Cr 粉既可以固溶于TiC形成(Ti,Cr)C，也可以固溶于基體，起到固溶強化作用。而且，本發(fā)明 利用鑄型內(nèi)燃燒合成方法，同時實現(xiàn)了鋼基體和增強體的梯度復(fù)合連接，省掉了傳統(tǒng)上依靠 焊接連接的步驟，簡化了工藝。
1) 復(fù)相TiC-Cr7C3陶瓷增強，強化效果好；
2) 陶瓷顆粒通過化學(xué)反應(yīng)原位形成，熱力學(xué)穩(wěn)定，與基體結(jié)合好；
3) 添加的Cr不僅可以參與反應(yīng)形成Q"7C3陶瓷顆粒，還可以固溶于TiC形成(Ti，Cr)C 或者固溶于基體起到固溶強化作用。


圖1復(fù)相TiC-Cr7C3陶瓷顆粒梯度增強鋼基復(fù)合材料增強區(qū)域組織。
圖2復(fù)相TiC-Cr7C3陶瓷顆粒梯度增強鋼基復(fù)合材料增強區(qū)域X射線衍射分析。
具體實施例方式
實施例
分別取粒度小于55微米的Cr、 Ti和C粉作為反應(yīng)物，其中粉料比例按體積比為 TiC:Cr7C3=l:3、 1:1和3:1。將上述配制好的粉料裝入球磨混料機中混合均勻，然后壓制成坯， 其密度為壓坯理論密度的62土5 %;將壓坯在真空爐中加熱至40(TC除氣4小時，然后置于 鑄型型腔內(nèi)鑄件需要增強的特定區(qū)域，并將約160(TC的高溫金屬鋼液澆注到鑄型內(nèi)，引燃 壓坯內(nèi)的燃燒合成反應(yīng)，形成TiC和Cr7C3陶瓷增強顆粒，從而制備出原位TiC-Cr7C3陶瓷 顆粒梯度增強鋼基復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)相TiC-Cr7C3陶瓷顆粒梯度增強鋼基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于工藝過程包括反應(yīng)物壓坯的制備和鑄型型腔內(nèi)的燃燒合成反應(yīng)原位形成陶瓷增強顆粒兩個階段1)反應(yīng)物壓坯的制備a.壓坯組成壓坯由粉料粒度小于55微米的Cr、Ti和C粉組成，其比例按照體積分?jǐn)?shù)比1∶3≤TiC∶Cr7C3≤3∶1；b.混料將上述配制好的Cr、Ti和C粉裝入球磨混料機中，混料6±1小時，使之混合均勻；c.壓制成型把混合均勻的粉體放入模具中，在室溫下壓制成坯，壓坯密度為壓坯理論密度的62±5％；2)原位陶瓷增強顆粒的形成a.預(yù)處理將反應(yīng)物壓坯放入真空或有氬氣保護的烘干爐內(nèi)，加熱至350±100℃，烘干除氣4±1小時；b.原位陶瓷增強顆粒的形成將預(yù)處理后的壓坯置于鑄型型腔內(nèi)鑄件需要增強的特定區(qū)域或位置，隨后將1550±50℃高溫金屬鋼液澆注到鑄型內(nèi)，引燃壓坯內(nèi)的燃燒合成反應(yīng)，形成TiC和Cr7C3陶瓷增強顆粒，制備出原位TiC-Cr7C3陶瓷顆粒梯度增強鋼基復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及TiC-Cr₇C₃復(fù)相陶瓷顆粒梯度增強鋼基復(fù)合材料的制備方法。具體工藝包括反應(yīng)物壓坯的制備和鑄型型腔內(nèi)的燃燒合成反應(yīng)兩個階段1)采用Cr、Ti和C粉作為反應(yīng)物，按照一定比例混合均勻，壓制成坯；2)將經(jīng)過預(yù)處理后的反應(yīng)物壓坯放置于鑄型內(nèi)鑄件需要增強的特定位置或區(qū)域，澆鑄高溫金屬鋼液誘發(fā)壓坯的燃燒合成反應(yīng)，原位形成TiC和Cr₇C₃復(fù)相混雜陶瓷增強顆粒。從而既保證了金屬基體本身的韌性，又提高了服役區(qū)域的高硬度和耐磨損性能。陶瓷顆粒通過化學(xué)反應(yīng)原位形成，熱力學(xué)穩(wěn)定，與基體結(jié)合好；此外，Cr還可以固溶于TiC形成(Ti，Cr)C或者固溶于鋼基體，起到固溶強化作用。
文檔編號C22C33/00GK101195888SQ200710300328
公開日2008年6月11日 申請日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者暢 劉, 姜啟川, 荔 張, 張偉娜, 棟 李, 李世堂, 王慧遠 申請人:吉林大學(xué)