[发明专利]一种超细碳化物颗粒增强金属基复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种超细碳化物颗粒增强金属基复合材料，其特征在于：以粉末作为原料，通过原位生成碳化物C的方式，得到所述金属基复合材料；所述原料中含有球磨后的粉末；所述球磨后的粉末为超细碳粉嵌入和/或贯穿基体金属的粉末；所述超细碳化物颗粒增强金属基复合材料其所用原料以体积百分比计包括下述组分：

嵌入和/或贯穿基体金属的超细碳粉为70%及以下；

余量为基体金属粉末和其他颗粒；

所述基体金属粉末中所含元素中，包括Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Mo、Mn、Zr、Al、Mg、Zn中的至少一种，且基体金属粉末与零价碳反应并生成碳化物；

所述其他颗粒选自颗粒状石墨、鳞片状石墨、硬质陶瓷、碳化硅、碳化钛、碳化钨、高熵合金中的至少一种；所述其他颗粒占原料总质量的0~45%；

所述碳化物C由嵌入和/或贯穿基体金属的超细碳粉和基体金属粉末中的金属元素反应制得；

所述超细碳化物颗粒增强金属基复合材料通过下述步骤制备：

步骤一

按设定比例，配取脱胶后短碳纤维与基体金属粉末，然后进行高能球磨，高能球磨后，分离碳粉A和超细碳粉嵌入和/或贯穿基体金属的粉末，得到超细碳粉嵌入和/或贯穿基体金属的粉末；所述高能球磨的转速为220~350r/min，球磨时间大于等于6h；分离前，碳粉A为未镶嵌和/或贯穿于基体金属粉末中的碳材料；

步骤二

在保护气氛下，对步骤一所得超细碳粉嵌入和/或贯穿基体金属的粉末进行高温退火，得到退火后的粉末；所述高温退火的温度为基体金属熔点的30%~70%，退火时间大于等于10min；

步骤三

将退火后的粉末和其他颗粒粉末混合均匀，然后冷压成形，得到冷压坯；

或

将退火后的粉末冷压成形，得到冷压坯；

或

将退火后的粉末和其他颗粒粉末混合均匀，然后热压成形，得到成品；热压时，控制温度为基体金属熔点的 70%~85%、时间小于等于90min；

或

将退火后的粉末热压成形，得到成品；热压时，控制温度为基体金属熔点的 70%~85%、时间小于等于90min；

步骤四

在保护气氛或真空气氛下，先对步骤三所得冷压坯进行低温碳化处理，再升温至高温进行高温烧结处理，得到碳化物颗粒增强金属基复合材料；所述低温碳化处理的温度为基体金属熔点的30%~70%、保温时间为10~160min；所述高温烧结的温度为基体金属熔点的70%~85%；保温时间为10~200min。

2.根据权利要求1所述的一种超细碳化物颗粒增强金属基复合材料，其特征在于：碳化物C占金属基复合材料总体积的60％及以下。

3.根据权利要求1所述的一种超细碳化物颗粒增强金属基复合材料，其特征在于；

所述超细碳粉的粒径为1-3μm；

所述碳化物C的粒径为1-3.5μm；

所述基体金属粉末球磨前的粒径为30-250μm；

其他颗粒的粒径为10~400μm。

4.根据权利要求1所述的一种超细碳化物颗粒增强金属基复合材料；其特征在于：在保护气氛下；将短碳纤维束加热至650~800℃保温处理20~90min；得到脱胶后短碳纤维。

5.根据权利要求1所述的一种超细碳化物颗粒增强金属基复合材料；其特征在于：

步骤一中，所配取的脱胶后短碳纤维与基体金属粉末的体积比为2~19：1~3；

步骤一中，按质量比计，磨球：（脱胶后短碳纤维+基体金属粉末）=1：5~8；

步骤一中，所述高能球磨的转速为220~350r/min，球磨时间为6~14h。