[发明专利]一种原位自生Cr3

说明书

本发明公开一种原位自生Cr₃C₂增强Ni基复合材料及其制备方法。该材料以Cr₂AlC(10～40vol％)陶瓷粉体和Ni粉为原料。高温环境下，Cr₂AlC发生解离，Al原子伴随部分Cr原子扩散出来，原位合成Cr₃C₂陶瓷颗粒均匀分布在基体中，同时Cr，Al原子固溶进Ni基体中形成γ‑Ni，当Cr，Al达到一定量时，会析出沉淀相Ni₃(Al,Cr)，即γ’相。计算并称量Cr₂AlC粉及Ni粉的质量，球磨混匀后倒入热压模具中进行热压烧结，烧结温度为1200～1400℃，在1100～1200℃时施加25MPa压力，保温保压30min，随炉冷却至500～600℃开始卸压，降温至80℃以下取出样品，即得到一种原位自生Cr₃C₂增强Ni基复合材料。该材料具有高强、高硬、耐磨损、耐腐蚀以及良好的高温性能等综合性能，可适用于航空航天、军工、交通运输等领域。

技术领域

本发明涉及一种原位自生Cr₃C₂增强Ni基复合材料及其热压制备方法。

背景技术

镍基合金在中、高温度下具有优异综合性能，适合长时间在高温下工作，能够抗腐蚀和磨蚀，是最复杂的、在高温零部件中应用最广泛的合金。镍基高温合金主要应用于航空航天领域主要的承热结构部件，如航空发动机的涡轮叶片、涡轮盘、燃烧室等。但随着飞行速度和飞行航程的不断提高，航空发动机的服役条件也越发苛刻，因此，提高镍基合金的综合性能对于我国航天航空事业的发展具有重要意义。陶瓷材料在强度、硬度、耐磨、耐腐蚀、耐高温和抗氧化等方面表现出优良的性能，但存在脆性、成型和机械加工难等缺点，金属材料虽然具有优良的强度、韧性和加工性能，但是耐磨、耐腐蚀、耐高温性能较差，制约了金属材料的更广泛应用。从20世纪五十年代起，人们对陶瓷增强Ni基复合材料开始进行探索。主要的增强方式有纤维增强、颗粒增强、晶须增强。主要的颗粒增强相有TiC、WC、Al₂O₃、Cr₃C₂、SiC、SiO₂、WC、ZrC......，其中Cr-C系有Cr₃C₂、 Cr₇C₃、Cr₂₃C₆三种化合物。熔化温度分别为1810℃，1726℃和1575℃。其中Cr₃C₂是最常见与最重要的一种。碳化铬是在金属碳化物中抗氧化能力最强，在空气中只有在1100～1400℃才开始显著氧化。在高温条件下依然保持相当高的硬度。其中Cr₃C₂还具有优异的耐磨、耐腐蚀性以及化学稳定性，Cr₃C₂的热膨胀系数(10.3×10⁶·k^-1))接近镍及镍基合金的热膨胀系数(10～13×10⁶·k^-1)，因此Cr₃C₂作为Ni基复合材料的增强相时，界面结合受热应力影响较小。常用NiCr作为耐热合金粘结相与Cr₃C₂硬质相近热喷涂形成涂层，并且采用合金元素Ni作为粘结剂相，填充陶瓷颗粒的空隙，制备了相对密度较高的陶瓷-金属复合材料。 Cr₃C₂-Ni陶瓷在高温下具有优异的耐蚀性和耐磨性，可用于航空航天和军事工业的特殊应用。而通过外加碳化铬颗粒在Ni基体中来制备复合材料，陶瓷颗粒尺寸较大且与Ni基体的润湿性较差，同时存在界面结合差的缺点。而原位自生陶瓷颗粒增强Ni基复合材料增强颗粒尺寸较小且在基体中分布比较均匀，克服外加颗粒增强相与Ni基体润湿性不好、界面结合弱、表面有污染等缺点，省去了增强体预处理的工序。Cr₃C₂-Ni陶瓷在高温下具有优异的耐蚀性和耐磨性，可用于航空航天和军事工业的特殊应用。