[发明专利]一种镶嵌原位碳化物颗粒的3D非晶合金网络增强硼钢基复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种镶嵌原位碳化物颗粒的3D非晶合金网络增强硼钢基复合材料及其制备方法，其特征是，材料的制备包括以下步骤：

步骤1、将强碳化物单质金属M(M为W、V、Cr、Nb、Ta或Ti中的一种或多种)粉和炭黑或石墨粉(C)按照一定摩尔比称料，再进行高能球磨；

步骤2、对步骤1球磨后得到的混合粉体进行低温煅烧处理，得到具有高反应活性、高比表面积的M-C中间相合金颗粒粉体；

步骤3、在步骤2得到的M-C中间相合金颗粒粉体中加入一定量的镍粉，再进行球磨使M-C中间相合金颗粒表面包覆一定厚度的镍层；

步骤4、步骤3结束后，向其中再加入一定比例的磨球、还原铁粉、硼粉、钼粉和镍粉，然后进行高能球磨；

步骤5、将步骤4球磨得到的混合粉体放入模具中，利用四柱液压机或冷等静压对其混合粉体进行高压压实，得到高致密复合块体坯料；

步骤6、将步骤5得到的致密复合块体坯料放入真空双室热处理炉的热室进行真空加热烧结，再将烧结后得到的复合块体送入真空热处理炉的冷室，再通高速低温氮气对其进行快速气冷；

步骤7、为了改善材料性能，可对将步骤6得到的硼钢基复合材料进行适当的热处理。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，强碳化物单质金属M粉和炭黑或石墨粉(C)按照W、V、Cr、Nb、Ta或Ti与C最终生成稳定碳化物分子式中的摩尔比进行称料，并将C过量10％(为了补偿后续煅烧处理过程中C元素的挥发)，然后进行高能球磨(球料比为5∶1～10∶1，转速为300～700r/min，球磨时间为20～80h)。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，煅烧处理是在氩气保护下进行的，煅烧温度范围为650～800℃(煅烧时间30min～1h)，得到具有高活性、高比表面积的M-C中间相合金颗粒粉体。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，加入的镍粉的质量为中间相合金颗粒粉体质量的5～10％，再进行高能球磨，得到包覆镍层的Nb-C中间相合金粉体(转速为300r/min，球磨时间为10h)。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4中，加入一定量的磨球、还原铁粉、硼粉、钼粉和镍粉(硼粉占金属总粉体质量的0.001～1％，钼粉占金属总粉体质量的0.1～1％，镍粉占金属总粉体质量的0.1～1％；步骤3得到的包覆镍层的M-C中间相合金颗粒粉体占全部粉体质量的5～25％)，然后再进行高能球磨(球料比为5∶1～10∶1，转速为300～500r/min，球磨时间为20～100h)。球磨后，采用过筛法将混合物和球磨介质进行分离，筛孔孔径为200目，得到的混合粉体的平均晶粒度在0.5μm以下。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5中，利用冷等静压机压实，则将混合粉体置于专用的成型包套中；利用四柱液压机压实，则将混合粉体置于不锈钢模具中(模具提前预热至200～350℃)，然后整体加热到200～350℃。冷等静压机/四柱液压机的压力为300-700MPa，保压时间为10-30min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤6中，在真空双室热处理炉热室进行低温烧结的温度范围为1000～1200℃，保温时间为30min～2h，真空度为4×10^-1～4×10^-3Pa。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤6中，在真空双室热处理炉冷室中通高速低温氮气，气流经导流板上喷嘴喷向复合块体进行快速冷却，出来的热气流通过高效热交换器进行冷却，再经风机喷向复合块体从而实现快速冷却循环；冷室中气冷压强≤2bar，复合块体样品整体冷却速率≥8℃/s。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤7中，可对本发明制备的复合材料进行常规热处理，即采用一些常见的钢铁材料热处理方法：退火、淬火(水淬/油淬)、低/中/高温回火。