[发明专利]立方氮化硼增强钢铁基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种立方氮化硼增强钢铁基复合材料，包括铁基相、分布在所述铁基相中的铁镍合金相以及包覆在所述铁镍合金相中的立方氮化硼相。可以实现立方氮化硼与钢铁基体冶金结合，复合材料内部致密均匀，无内部缺陷，既满足了对材料韧性的要求，又提高了材料的耐磨性。同时，本发明还提供立方氮化硼增强钢铁基复合材料的制备方法，该方法简单，易实现产业化生产。

技术领域

本发明属于金属基复合材料领域，具体地，涉及一种立方氮化硼增强钢铁基复合材料及其制备方法。

背景技术

随着现代工业的快速发展，对工程材料性能的要求越来越高。颗粒增强钢铁材料是以钢铁为基体，以颗粒作为增强相，复合而成的一种材料，兼有钢的优点（韧性和塑性）和增强颗粒优点（高硬度和高模量）。一方面，这类复合材料往往具有更高的比强度、比刚度，更好的耐热性能以及更低的热膨胀系数和更高的尺寸稳定性等，另一方面，低成本，易加工，能以较低的价格得到各种类型的颗粒增强相，因此使得钢铁基复合材料在模具材料、耐磨零件、和耐腐蚀构件材料等方面愈来愈占据重要的地位，应用领域亦愈来愈扩大。

立方氮化硼微粉(cBN)具备高硬度、高耐磨性等优异性能，且热稳定性较好，镀镍立方氮化硼微粉提高钢铁基体对cBN粉体的粘结性能，可以改善基体与cBN颗粒之间的结合状态，另一方面，立方氮化硼微粉生产技术成熟，原料成本低，作为钢铁复合材料的增强相有很大的技术优势和市场优势。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种立方氮化硼增强钢铁基复合材料及其制备方法，以解决上述问题。

具体地，本发明采取如下技术方案：

一种立方氮化硼增强钢铁基复合材料，包括铁基相、分布在所述铁基相中的铁镍合金相以及包覆在所述铁镍合金相中的立方氮化硼相。

基于上述，由体积比为（70～90）:（10～30）的铁粉和镀镍立方氮化硼微粉混合烧结而成。

基于上述，所述铁粉中碳的质量分数为0.03%～2%。

基于上述，所述镀镍立方氮化硼微粉的平均粒径为4～8 μm。

一种所述的立方氮化硼增强钢铁基复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

原料混合：将镀镍立方氮化硼微粉和铁粉进行球磨混合均匀，得到复合粉体；

复合粉体烧结：将所述复合粉体在氩气气氛中烧结，得到所述立方氮化硼增强钢铁基复合材料。

基于上述，所述原料混合的步骤包括：将镀镍立方氮化硼微粉和铁粉置于球磨机中，采用顺时针和逆时针交替球磨的方式干磨10～15 h，其中，所述球磨机的转速为300～400 r/min，所述球磨机的研磨球为直径为6～8 cm的硬质合金球，所述硬质合金球和所述复合粉体的质量比为（2～4）:1。

基于上述，所述采用顺时针和逆时针交替球磨的方式干磨10～15 h的方法包括：所述球磨机顺时针转动50～70 min、逆时针转动50～70 min交替进行，在每次所述顺时针转动和所述逆时针转动交替之间留有1～3 min间歇时间。

基于上述，所述复合粉体烧结的步骤包括：先将所述复合粉体置于陶瓷舟中填满压实，再将所述陶瓷舟置于的刚玉舟中，然后将所述刚玉舟放入管式炉中，并向所述管式炉中通入氩气进行烧结。

基于上述，向所述管式炉中通入氩气进行烧结的步骤包括：向所述管式炉通入氩气之后，先将所述管式炉以5℃/min的速率升温至1400～1600℃，保温时间50～70 min，然后5℃/min的速率降温至200℃时自然冷却至室温。

所述镀镍立方氮化硼微粉主要由立方氮化硼和包覆在该立方氮化硼表面的金属镍组成，且金属镍与立方氮化硼的质量比为（2～6）:11，可采用市售镀镍立方氮化硼，也可通过在立方氮化硼微粉表面包覆金属镍自制。