[发明专利]一种镍合金骨架增强金属基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种镍合金骨架增强金属基复合材料的制备方法，包括以下步骤：对碳材料依次进行除油、粗化；将碳材料加入镍镀液中进行化学镀得到含镍复合金属层镀覆的碳材料，然后在还原性气氛下进行热处理，得到硬化的镍合金包覆碳材料；将硬化的镍合金包覆碳材料进行烧结，得到镍合金骨架增强金属基复合材料。本发明采用化学镀的方法在碳材料的表面镀覆含镍复合金属层，然后在合金熔点以下采用热压烧结的办法得到了具有连续三维网络结构的镍合金骨架增强金属基复合材料，有效地避免了碳材料间的团聚现象，提高了复合材料的力学性能。本发明还提供一种采用该方法的制得的镍合金骨架增强金属基复合材料，该复合材料力学性能优异，应用广泛。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种镍合金骨架增强金属基复合材料。

背景技术

镍/碳复合材料是一种极具应用前景的金属基复合材料，其不仅具有碳材料优良的减磨耐磨性能、耐腐蚀性能和高的抗烧蚀能力，还具有金属镍良好的强度以及抗氧化性能，具备在复杂苛刻工况下应用的条件，广泛应用于航空、汽车发动机系统的传动及密封部件。

由于碳材料密度与金属密度差距较大，通过传统的粉末冶金方法以及熔铸法很难获得组织均匀、性能优良的复合材料。材料内部的碳材料容易发生团聚现象，且碳材料之间的弱结合会导致材料内部存在大量孔隙，其产品往往孔隙率较高，物理性能较差。为了提高发动机的燃油效率，目前镍/碳复合材料逐渐向轻量化发展，这就需要提高复合材料中低密度组元(即碳材料)的含量。国际上关于高碳材料含量的金属基复合材料的报道较少，且制备方法多为熔渗法，但该方法成本较高，工艺复杂，在熔渗过中需引入Ti、Cr等金属元素改善金属与碳材料之间的润湿性，不利于大规模工业化生产。

目前，Bin Wu等人发表的论文“Preparation and characterization ofgraphite–nickel composite coatings by automatic brush plating”采用自动刷镀的方法，制备了不同碳材料含量的镍/碳材料复合涂层，但是碳材料体积分数超过15％时出现了较为严重的团聚现象；Haijun Zhao等人发表的论文“Friction and wear behavior ofNi–graphite composites prepared by electroforming”采用电沉积的办法，制备了镍/碳复合材料，碳材料团聚现象被大大改善，但是镍与碳材料的界面结合不佳，得到的材料物理性能较差，限制了该材料的应用。因此，探索一种简便易行的金属基/碳复合材料的制备方法具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种镍合金骨架增强金属基复合材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种镍合金骨架增强金属基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)对碳材料依次进行除油、粗化；

(2)将步骤(1)后的碳材料加入镍镀液中进行化学镀，得到含镍复合金属层镀覆的碳材料；

(3)将步骤(2)后的含镍复合金属层镀覆的碳材料在还原性气氛下进行热处理，得到硬化的镍合金包覆碳材料；

(4)将步骤(3)后的硬化的镍合金包覆碳材料进行烧结，得到镍合金骨架增强金属基复合材料。

上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，含镍复合金属层中包含第一成分、第二成分和第三成分，第一成分为镍，第二成分为铁、铬、钼、钨中的至少一种，第三成分为磷和/或硼。

本发明的制备方法，通过引入碳化物形成元素铁、铬、钼、钨，改善了镍、碳界面的润湿性，增强金属与非金属的界面结合强度，还可以提高复合材料的导热系数和热膨胀系数；通过引入陶瓷相形成元素P、B，在镍基合金内部原位析出粒度可控的陶瓷相，同时提升了复合材料的力学性能及耐磨性能。