[发明专利]一种铁铝碳化钛复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明叙述了一种Fe₃Al-TiC复合材料的制备方法，制备的复合材料具有较高的强度、硬度和优异的抗磨损性能，可以用作耐磨、耐高温和耐腐蚀的结构部件。

背景技术

因为Fe₃Al具有重量轻，比强度高，成本低(不含有战略性元素)，热膨胀系数低，良好的热稳定性和导热、导电性能，以及耐磨性能和高温条件下抗氧化性、抗腐蚀和硫蚀等一系列优点，而且原材料资源丰富、价格低，因而制备和生产Fe₃Al基复合材料更经济且易于推广和应用，因此在近年来得到了普遍重视，有望成为新型的结构材料。

但是Fe₃Al材料不足的强度、低的室温韧性和高温抗蠕变性严重影响了Fe₃Al作为工程材料的应用。目前的一些研究表明合金化以及适当的热处理和表面处理技术，使合金的室温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℃下的强度得到了明显改善。其中加入Cr还能提高复合材料的抗腐蚀性。通过陶瓷增强可以弥补合金的高温强度低的不足，但是随着加入的陶瓷颗粒含量的增多又使得材料的室温塑性降低。CN02147653.5公开了一种原位合成Fe₃AlC_0.5硬质相增强的FeAl基金属间化合物复合材料的制备方法。所制备的材料纯度高、组织致密、晶粒小等优点，并且由于硬质相Fe₃AlC_0.5的添加，其强度、抗蠕变性和抗环境氢脆得到了提高。CN101818271A公开了一种通过热压烧结的方法制备Fe₃Al/Al₂O₃纳米复相陶瓷的制备方法。具体步骤是将Fe₃Al含量为5～20％的粉末与Al₂O₃混合均匀后，置于真空热压烧结炉中，烧结温度1250℃～1400℃，压力2.5t，烧结时间为15～60分钟的条件下烧结成型，获得性能良好的复合材料。TiC具有高熔点、高硬度(20～30GPa)、耐热、耐腐蚀、低密度、低的化学反应活性，因此其适合作为复合材料增强相。硬质相TiC的添加可以显著提高Fe₃Al基复合材料的强度、抗蠕变性、抗磨损性能等。采用双向热压烧结的方法制备复合材料，容易获得接近理论密度、气孔率接近于零的烧结体，容易得到细晶粒的组织，容易实现晶体的取向效应，因而容易得到良好力学性能的产品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁铝碳化钛复合材料的制备方法。

本发明通过加入TiC陶瓷相来提高Fe₃Al复合材料的硬度、强度和抗磨性能，从而能在高温、腐蚀和抗磨领域获得应用。

一种铁铝碳化钛复合材料的制备方法，其特征在于分别称取质量百分数为50～85％的Fe₃Al粉末，15～50％的TiC粉末，装入密封罐中，在球磨机中干混合4～8小时，控制转速为200～300r/min，得到Fe₃Al-TiC复合粉末，将混合后的复合粉末装入石墨模具，置于真空热压烧结炉中进行热压成型烧结，升温速率为10～20℃/min，真空度为10^-1～10^-3Pa，烧结温度为1250～1350℃，烧结压力为30～50MPa，烧结时间为30～45min，烧结完成后冷却至室温，得到块体Fe₃Al-TiC复合材料。

本发明采用的Fe₃Al粉末的粒径为2～5μm。

本发明采用的TiC粉末的粒径为50-100nm。

采用排水法进行密度测试。维氏硬度测定条件为：载荷300g，加载持续时间10s。采用三点弯曲试验测定了材料的抗弯强度，试样尺寸为30mm×3mm×3mm，跨距为20mm，压头下移速度为0.5mm/min。压缩强度试样尺寸为压头下移速度为0.1mm/min。摩擦磨损试验是在球盘接触式SRV-1微动摩擦磨损试验机上进行的，盘为本发明的材料，尺寸为对偶为的GCr15钢球。载荷40N，滑动速率0.04m/s，振幅1mm，运行时间20分钟。