[发明专利]TiC/TiB2双相陶瓷颗粒局部增强锰钢复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料的制备方法，特别涉及TiC和TiB₂双相陶瓷颗粒局部增强锰钢复合材料的制备方法。

背景技术

随着现代工业发展，迫切需要能在高温、高速和剧烈磨损工况下长寿命工作的结构件，单纯钢铁材料制备的结构件越来越难以满足现化工业长寿命、高效率工作的需求。因而开发新型耐磨材料，提高耐磨材料的使用寿命和降低其制造成本是国内外研究和生产部门急需解决的重要课题，并具有重大的国民经济意义。提高金属材料耐磨性十分有效的途径之一就是制备陶瓷颗粒增强金属基复合材料。陶瓷颗粒增强金属基复合材料由于把陶瓷增强相的高强度、高硬度、高耐磨性与金属基体的高延展性、高韧性结合在一起，可提供传统单一材料所不具备的强、韧结合的优良的综合性能，较好地解决硬度和韧性的矛盾。

陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备技术一般分为外加颗粒法与内生颗粒法两类，其中原位内生陶瓷颗粒具有与基体的界面干净，润湿性好，结合强度高等优势，因此倍受关注。但是，目前传统的颗粒增强金属基复合材料一般均为整体增强(中国专利，专利号：ZL98101890.4)，都不能解决在一个零件中耐磨性与强韧性这一对难以解决的致命矛盾，即磨损部位应有高的耐磨性，基体(非磨损部位)为了承受不同的载荷而需要高的强韧性(因有颗粒存在时韧性降低)，因此，陶瓷颗粒局部增强钢基复合材料成为复合材料领域研究的热点。对于陶瓷颗粒局部增强钢基复合材料在以往的发明专利和研究中，多数采用单一陶瓷颗粒增强(中国专利，专利号：ZL02109101.3)。因此，采用Cu-Ti-B₄C体系自蔓延反应合成法与传统铸造法相结合制备TiC和TiB₂双相陶瓷颗粒局部增强锰钢复合材料的工艺被提出，这种工艺解决了颗粒体积分数超10％金属液流动性显著下降，难以浇注成型形状复杂的铸件的难题，又降低了生产成本。同时，制备TiC和TiB₂双相陶瓷颗粒局部增强锰钢复合材料比单一陶瓷颗粒增强更具有良好的综合性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的采用单一陶瓷颗粒增强锰钢复合材料的制备方法存在的缺欠，提供一种TiC/TiB₂双相陶瓷颗粒局部增强锰钢复合材料的制备方法。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

将Cu-Ti-B₄C体系的反应物按比例配好并混合均匀，在室温下压制成预制块，将预制块经过真空除气后放置在铸型内，依靠浇入铸型内锰钢钢液的高温引燃Cu-Ti-B₄C预制块自蔓延反应合成TiC和TiB₂双相陶瓷颗粒增强相，从而制备出TiC和TiB₂双相陶瓷颗粒局部增强锰钢复合材料，其特征在于工艺过程包括反应预制块的制备和型内自蔓延原位反应合成两个阶段：

1、反应预制块的制备：

a.配料：Cu-Ti-B₄C体系预制块由Cu粉、Ti粉和B₄C粉组成，其中，Cu质量百分比为10～60，Ti和B₄C的摩尔比为Ti∶B₄C＝3∶1，粉末粒度为3.5～50微米；

b.混料：将上述配制好的粉料放入低速混料机中，混合6～8小时，混合均匀；

c.压制成型：把混合均匀的粉料放入模具中，在室温下压制成预制块，预制块紧实率为75±5％；

d.预制块的真空除气处理：将压制好的预制块放入低真空加热装置内，以15～35℃/分钟的加热速率加热至200～400℃，除气2～4小时；

2、型内自蔓延原位反应合成TiC和TiB₂双相陶瓷颗粒：

a.锰钢钢液要求：为了能够引燃预制块发生自蔓延高温反应合成TiC和TiB₂双相陶瓷颗粒，钢液温度保证在1450℃以上；

b.预制块在铸型内的放置：在铸件需增强的部位放置已真空除气处理的Cu-Ti-B₄C预制块；

c.浇注锰钢钢液，利用钢液的高温引燃Cu-Ti-B₄C预制块自蔓延反应，制备TiC和TiB₂双相陶瓷颗粒局部增强锰钢复合材料。

本发明具有以下几方面显著的积极效果：