[发明专利]一种燃烧合成制备TiC增强Fe3

说明书

本发明实施例提供了一种燃烧合成制备TiC增强Fe₃Al复合材料的工艺，该工艺使用元素粉末替代预合金粉，可以获得增强相和基体之间具有清洁界面的组织结构，制备的复合材料力学性能优异，将复合材料制备成涂层后，显微硬度超过900HV，有效改善了Fe₃Al复合材料的性能缺陷，拓展了Fe₃Al复合材料在摩擦磨损等工业领域中的应用。此外，由于没有加入战略元素和贵金属，生产成本低，还克服了球磨时间长和球磨后粉末需要高温退火的问题，工艺简单，能耗低，提高了效率。

技术领域

本发明属于金属间化合物技术领域，具体涉及一种燃烧合成制备TiC增强Fe₃Al复合材料的工艺。

背景技术

金属间化合物是金属与金属，或金属与类金属之间形成的化合物，是由两个或多个的金属组元，按比例组成的具有不同于其组成元素的长程有序晶体结构和金属基本特性的化合物。金属间化合物的力学性能优良，具有高硬度、高熔点、高抗蠕变性能和低塑性的特点，金属间化合物还具有良好的抗氧化性及特殊的物理化学性质，是航空航天、交通运输、化工和机械等许多领域的重要结构材料。特别是用作高温结构材料的有序金属间化合物，具有许多优异的力学性能和抗氧化、耐腐蚀以及比强度高等特性，其原子长程有序排列和原子间金属键和共价键的共存，使其有可能兼具金属的塑性和陶瓷的高温强度，因而极具应用前景。

目前作为高温结构材料的有序金属间化合物，国内外重点研究并取得重大进展的主要为Ni-Al、Ti-Al以及Fe-Al三个体系的A₃B和AB型铝合物。其中，Fe-Al金属间化合物由于不含战略元素，具有密度低、成本低、强度高、抗磨损性能良好以及优异的抗氧化、抗硫化和抗碳化性能，是一种具有良好应用前景的抗磨材料和高温结构材料。Fe₃Al金属间化合物因其长程有序结构，赋予了材料许多优良特性，并且在硫化气氛中的耐蚀性优于不锈钢及防腐涂层，有潜力成为一类实用工程材料并在某些场合替代不锈钢和耐蚀合金。

然而，Fe₃Al具有室温脆性和600℃以上强度急剧下降的致命弱点，该材料尚未能作为结构材料在工业上得到实际应用。现有技术中，通过采取机械合金化的方法添加入Cr、Mo、Nb、W、Ti等合金元素，以及用适宜的热处理工艺可以使Fe₃Al合金的室温塑性和高温强度得到明显改善，通过添加合成陶瓷增强颗粒如Al₂O₃、WC、TiC、TiN、ZrB₂、TiB₂等可以弥补合金高温强度低的不足。然而，颗粒加入量的增加不仅会恶化室温塑性低的缺陷，颗粒相的增多同时还会导致在熔铸过程中的颗粒团聚，严重影响材料的力学性能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种燃烧合成制备TiC增强Fe₃Al复合材料的工艺，该工艺使用元素粉末替代预合金粉，制备得到的复合材料力学性能优异。

根据本发明第一方面实施例的一种燃烧合成制备TiC增强Fe₃Al复合材料的工艺，步骤包括：

S1：称取Fe粉、Al粉、Ti粉和C粉混匀，得到混合粉末，将所述混合粉末球磨，得到Fe₃Al-xmol％TiC混合粉末，其中30≤x≤70；

S2：将所述Fe₃Al-xmol％TiC混合粉末模压成型，得到坯体；

S3：将所述坯体置于预热的保护气氛下烧结，冷却后即得所述TiC增强Fe₃Al复合材料。

步骤S1中，球磨采用密封的球磨罐，球磨前先抽真空，再充入氩气进行球磨。

根据本发明实施例的一种燃烧合成制备TiC增强Fe₃Al复合材料的工艺，至少具有如下技术效果：