一種含鎳陶瓷/鐵基合金復合材料制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于復合材料制備領域。
【背景技術】
[0002]三維網絡氧化鋁陶瓷/鐵基復合材料廣泛應用于汽車、軍工、耐磨以及食品加工等工業領域，制備陶瓷/金屬復合材料的方法包括:粉末冶金法、有壓-無壓熔融金屬浸滲法、真空浸滲法、擠壓鑄造法、高溫自蔓延法等。其中，無壓浸滲泡沫陶瓷被認為是制備陶瓷/鐵基合金復合材料最有效的方法。然而，陶瓷與鐵合金之間屬于不潤濕系統，不能自發地進行浸滲，并且，多孔陶瓷骨架本身不夠致密，有三角形的中空存在骨架中，很大程度上影響復合材料的性能。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種陶瓷與鐵合金結合緊密的含鎳陶瓷/鐵基合金復合材料制備方法。
[0004]本發明通過以下技術方案予以實現:一種含鎳陶瓷/鐵基合金復合材料制備方法，將20% (質量分數)的鎳粉(平均粒徑60 μ m，純度99.5% )與95瓷氧化鋁造粒陶瓷粉(主要組成:2.5% (質量分數)S12、2.0% (質量分數)CaO、0.5% (質量分數)MgO，Ai2O3余量)混合，混合粉末球磨40h后，在軸向壓力30MPa，壓制成三維網絡陶瓷坯體，陶瓷坯體在真空爐中完成預燒和燒結，預燒條件:真空狀態下，2h升溫至1200°C，保溫2h，燒結條件:氬氣保護狀態下，由室溫經3h升溫至1450’ C，保溫2h，將Fe合金(合金成分:71.7% (質量分數)Fe，17.2% (質量分數)Cr，8.0% (質量分數)Ni，1.6% (質量分數)Mn)機械打磨除去氧化層后，置于陶瓷上，在真空爐中完成浸滲，浸滲條件:lh升溫到1000°C，2h升溫至14500C，保溫30min，再以1°C /min升溫到1600°C，保溫4h，隨爐冷卻，得到含鎳陶瓷/鐵基合金復合材料。
[0005]所述球磨過程在形星式球磨機內完成，球料質量比8:1。
[0006]本發明具有如下有益效果:
采用該方法制備的復合材料，陶瓷與鐵合金在界面處以機械嚙合的形式結合，兩者結合緊密，無過渡層和微裂紋，鐵合金中Fe、Cr元素呈梯度分布在陶瓷基體的金屬相中，鐵合金浸滲到陶瓷基體，浸滲深度可達400 μ m。
【具體實施方式】
[0007]下面結合具體實施例對本發明做進一步說明。
[0008]具體實施例:本發明所述制備過程為，將20% (質量分數)的鎳粉(平均粒徑60μπι，純度99.5% )與95瓷氧化鋁造粒陶瓷粉(主要組成:2.5% (質量分數)Si02、
2.0%(質量分數)Ca0、0.5% (質量分數)MgO，Ai2O3余量)混合，混合粉末球磨40h，所述球磨過程在形星式球磨機內完成，球料質量比8:1，在軸向壓力30MPa，壓制成三維網絡陶瓷坯體，陶瓷坯體在真空爐中完成預燒和燒結，預燒條件:真空狀態下，2h升溫至1200°C，保溫2h，燒結條件:氬氣保護狀態下，由室溫經3h升溫至1450’ C，保溫2h，將Fe合金(合金成分:71.7% (質量分數)Fe，17.2% (質量分數)Cr，8.0 % (質量分數)Ni，1.6% (質量分數)Mn)機械打磨除去氧化層后，置于陶瓷上，在真空爐中完成浸滲，浸滲條件:lh升溫到1000C，2h升溫至1450°C，保溫30min，再以1°C /min升溫到1600°C，保溫4h，隨爐冷卻，得到含鎳陶瓷/鐵基合金復合材料。
[0009]通過金相顯微鏡、掃描電鏡及電子能譜儀分析復合材料縱截面切面分析，可以得知，在整體界面上，鐵合金與氧化鋁陶瓷結合緊密，兩者之間無微裂紋和過渡區存在；鐵合金鍥人到陶瓷表面，形成鋸齒狀尖角，將陶瓷體緊緊圍包。
[0010]鐵合金與陶瓷在界面處結合良好，未發現微裂紋的存在，金屬Fe元素可以浸滲到陶瓷基體內部的鎳顆粒所在的空間中.浸滲深度在400 μ m以上，鐵元素的原子分數在浸滲過渡層依次為 70.90% (原子分數)，57.4%，36.61%, 19.53%, 6.27%。
[0011]以上內容是結合具體的實施方式對本發明所做的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種含鎳陶瓷/鐵基合金復合材料制備方法，其特征在于:將20% (質量分數)的鎳粉(平均粒徑60 μm，純度99.5% )與95瓷氧化鋁造粒陶瓷粉(主要組成:2.5% (質量分數)S12、2.0% (質量分數)Ca0、0.5% (質量分數)MgO，Ai2O3余量)混合，混合粉末球磨40h后，在軸向壓力30MPa，壓制成三維網絡陶瓷坯體，陶瓷坯體在真空爐中完成預燒和燒結，預燒條件:真空狀態下，2h升溫至1200°C，保溫2h，燒結條件:氬氣保護狀態下，由室溫經3h升溫至1450’C，保溫2h，將Fe合金(合金成分:71.7% (質量分數)Fe，17.2 % (質量分數)Cr，8.0% (質量分數)Ni，1.6% (質量分數)Mn)機械打磨除去氧化層后，置于陶瓷上，在真空爐中完成浸滲，浸滲條件:Ih升溫到1000°C，2h升溫至1450°C，保溫30min，再以1°C /min升溫到1600°C，保溫4h，隨爐冷卻，得到含鎳陶瓷/鐵基合金復合材料。
2.如權利要求1所述的含鎳陶瓷/鐵基合金復合材料制備方法，其特征在于:所述球磨過程在形星式球磨機內完成，球料質量比8:1。
【專利摘要】一種含鎳陶瓷/鐵基合金復合材料制備方法，屬于復合材料制備領域。提供一種陶瓷與鐵合金結合緊密的含鎳陶瓷/鐵基合金復合材料制備方法。所述方法采用鎳粉與陶瓷粉混合球磨后，壓制成具有網絡結構的陶瓷體，經燒結成瓷后，鐵合金無壓浸滲，得到含鎳陶瓷/鐵基合金復合材料。制備的復合材料，陶瓷與鐵合金在界面處以機械嚙合的形式結合，兩者結合緊密，無過渡層和微裂紋，鐵合金中Fe、Cr元素呈梯度分布在陶瓷基體的金屬相中，鐵合金浸滲到陶瓷基體，浸滲深度可達400μm。
【IPC分類】B22D23-04, C22C33-04
【公開號】CN104607615
【申請號】CN201410750106
【發明人】許大任
【申請人】許大任
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月10日