[发明专利]一种Cu-Ti合金微粉包覆下多孔ZTA陶瓷预制体及其制备和应用

说明书

本发明属于材料加工领域，公开了一种Cu‑Ti合金微粉包覆下多孔ZTA陶瓷预制体及其制备方法和应用。该方法通过将合金化处理Cu‑Ti混合粉体，然后与ZTA颗粒混合，通过水玻璃和造孔剂的添加，在CO₂的气氛下快速固化，预制体的压溃强度可达2MPa，能够有效抵挡金属液的冲型作用，Cu‑Ti粉体可利用与金属液接触过程产生获得的高温，实现对ZTA陶瓷表面的活化处理，改善陶瓷表面与金属液的反应特性，极大的提高了金属液与陶瓷间的冶金结合效率，因此可很好的应用在钢铁基复合材料的制备中。

技术领域

本发明属于材料加工领域，特别涉及一种Cu-Ti合金微粉包覆下多孔ZTA陶瓷预制体及其制备方法和应用。

背景技术

颗粒增强钢铁基复合材料是耐磨材料重点研究的领域，陶瓷颗粒在钢铁材料中弥散分布，材料的强度得以提高，耐磨性显著改善，在服役过程中，陶瓷颗粒主要是耐磨相，对钢铁基体材料起到保护作用，阻碍基体进一步磨损。在制备金属基复合材料过程中陶瓷颗粒的成型性，表面活化作用，以及快速成型效率是关键。

氧化锆增韧氧化铝陶瓷(ZTA)具有优异的力学性能，被广泛与高锰钢，高铬铸铁，合金钢等金属材料复合，提高材料表面的耐磨性能，延长耐磨工件的使用寿命。其中制备陶瓷预制体及其陶瓷表面活化-包覆-成型工艺是制备金属基复合材料的关键。

对于ZTA陶瓷预制体的制备，目前主要采用机械合金化(MA)与活化烧结的方式。合金化可促使粉体间充分实现原子扩散，烧结的目的是使陶瓷材料表面被活化处理以及陶瓷颗粒间粘结成型。但该工艺的制备过程中，烧结工艺较为繁琐，制备周期较长，粉体的过程控制易被氧化，从而降低对陶瓷表面活化处理效果，此外，预制体成型也受到烧结炉空间的限制，导致制备的预制体尺寸较小，结构简单。故研究ZTA陶瓷颗粒的快速成型，简化预制体制备工艺具有重要的应用价值。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种Cu-Ti合金微粉包覆下多孔ZTA陶瓷预制体的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的Cu-Ti合金微粉包覆下多孔ZTA陶瓷预制体。

本发明再一目的在于提供上述Cu-Ti合金微粉包覆下多孔ZTA陶瓷预制体在制备陶瓷颗粒增强钢铁复合材料中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种Cu-Ti合金微粉包覆下多孔ZTA陶瓷预制体的制备方法，其特征在于主要包括以下步骤：

(1)混粉及合金化：选取纯的Cu和Ti粉，并按重量比Cu:Ti＝50～80:20～50进行混合，装入球磨罐中并球磨进行合金化处理，得到Cu-Ti合金化粉体粘结剂；

(2)混料：将ZTA颗粒与步骤(1)中所得的Cu-Ti合金化粉体粘结剂混合，然后加入水玻璃(Na₂SiO₃·9H₂O，作为固化剂)和石蜡颗粒(作为造孔剂)，搅拌使粉体均匀地包覆在ZTA颗粒表面，得混合物料；

(3)固化：将步骤(2)中得到的混合物料填充到成型模具中，通过紧固磨具将预制体定形和紧实，持续通入CO₂气体使预制体固化成型，然后烘干脱模取出，获得陶瓷预制体。

为防止球磨后的混合粉末比表面积增加，易与空气中的氧发生反应，通常步骤(1)和步骤(2)均在保护气体下进行，所述的保护气体可为氮气或氩气中的至少一种；

步骤(1)中所述的Cu和Ti粉的粒径均小于等于200目；

步骤(1)中所述的Cu和Ti粉的重量比优选为65～75:25～35；

步骤(1)中所述的在球磨罐中进行合金化处理的参数为：磨球球径：5～10mm，磨球与混合粉末的重量比为10:1，转速300～450r/min，球磨时间30～60h。