[发明专利]一种碳化硼/铁隔热耐磨复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳化硼/铁隔热耐磨复合材料及其制备方法，属于铁基耐磨材料技术领域。碳化硼/铁隔热耐磨复合材料及其制备方法，属于铁基耐磨材料技术领域。本发明的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料，由以下质量百分比的原料制成：碳化硼1～10％、碳0.1～1％、铁89～98.9％。本发明的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料，硬度可达HRC63，比铸铁高出HRC15，具有非常出色的硬度；耐磨性可达0.00002g/mm²/h，比铸铁提升了200％以上，具有优异的耐磨性；热扩散系数可达3.61mm²/s，仅为金属铁的28.2％，具有良好的隔热能力；相较于作为内燃机缸体材料铸铁，具有显著优势。

技术领域

本发明涉及一种碳化硼/铁隔热耐磨复合材料及其制备方法，属于铁基耐磨材料技术领域。

背景技术

碳化硼是已知最坚硬的三大材料之一，其硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，它具有良好的高温强度和化学稳定性，常被用作于耐磨材料、陶瓷材料的增强相，并且能够作为反应堆中子吸收剂，具有极为广泛的应用前景。但是相比于目前工业广泛使用的陶瓷，碳化硼的韧性差，尤其是断裂韧性，室温下仅仅为2.5MPa·m^1/2，严重影响了材料服役性能中的可靠度。

研究表明，合金化是实现材料韧性和耐磨性改善的有效有段，可以明显改善材料的强度和韧性不足等问题，这些突破性的研究进展对材料的研发和使用有非常大的指导意义。Fe基复合材料具备成熟的成型技术和工艺设备，成为了工业上最具推广应用的材料之一。现有技术中，常将B₄C作为摩擦组元加入到铁基复合材料中，来提高材料的耐磨性能。但是常规的碳化硼/铁复合材料的烧结温度基本上都在1800℃以上，剧烈的高温将使碳化硼分解，以及和铁发生剧烈的反应，导致材料整体性能的下降。

针对上述问题，《B₄C含量对B₄C/Fe复合材料结构和性能的影响》(高前程等，第十九届全国高等技术陶瓷学术年会会议论文，2016年10月)中公开了一种B₄C/Fe复合材料，是以B₄C为增强相、Fe为基体，采用热压烧结工艺(温度为800～1100℃，压力为30MPa和时间为45min)制备了B₄C含量为2～10％wt的B₄C/Fe复合材料。该B₄C/Fe复合材料在制备时为了减少了碳化硼的分解，采用了较低的烧结温度，但是由于存在烧结温度不足和无界面相设计的原因，导致材料的致密化程度较低、界面结合性较差、热导率不稳定和机械强度较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳化硼/铁隔热耐磨复合材料，通过引入碳来改善基体边界成分和界面相容性，进而提高碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的致密度、热导性能的稳定性和机械强度。

本发明还提供了一种碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法。

为了实现以上目的，本发明的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料所采用的技术方案是：

一种碳化硼/铁隔热耐磨复合材料，由以下质量百分比的原料制成：碳化硼1～10％、碳0.1～1％、铁89～98.9％。

所述碳化硼/铁隔热耐磨复合材料采用粉末冶金的方法进行制备。碳化硼均匀地分布在碳化硼/铁隔热耐磨复合材料中。

优选的，所述碳为活性炭、石墨、碳黑中的至少一种。