[发明专利]一种碳化物金属基复合棒材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳化物金属基复合棒材，由内向外依次为金属基体和金属外层，金属基体内部均匀分布有多根金属丝，金属丝外侧布满碳化物颗粒，金属基体为铁基、镍基或钴基材料，金属丝为Ta、Nb、Ti、V或Mo丝，金属外层为低碳钢层或钛合金层，金属外层为钛合金层时，金属外层与金属基体之间分布有TiC层；本发明还公开了一种碳化物金属基复合棒材的制备方法，制备的复合棒材内含微米级金属纤维和亚微米级碳化物颗粒，为原位制备多尺度纤维增强金属基复合材料提供了纤维增强体，金属薄带通过轧制并进行拉拔减径形成毫米级金属棒，作为复合材料的增强体可与内含微米级金属纤维共同吸收、传递载荷，可有效改善复合材料的韧性。

技术领域

本发明属于金属复合材料技术领域，涉及一种碳化物金属基复合棒材及其制备方法。

背景技术

传统金属材料越来越难以满足现代工业对新型结构材料所提出的更高要求，例如一些高温、高速、耐磨条件下需要同时获得高强度、高韧性和高耐磨性等的结构件，在这样的需求下，金属基复合材料应运而生，其可设计性和不同组元间的性能互补为应对这一挑战提供了可行的解决思路，金属基复合材料以其高强度、高韧性、低密度、耐腐蚀性能、耐磨损性能等优异性能被广泛应用于冶金、矿山、电力、机械等领域。

近年来，复合构型化金属基复合材料受到研究人员的关注，例如：CN204094303U公开了一种爆炸复合金属纤维增强钛铜复合棒，在芯部铜棒的周围紧密布置钨金属纤维，在经爆炸复合后，复合棒的比弹性模量、疲劳强度较复合前母材显著提高，获得钨金属纤维增强的高性能指标的钛铜复合棒。CN107336474A公开了一种金属纤维复合管材及其制备方法，所述金属纤维复合管材包括第一空心金属管材，设置在第一空心管材内的第二空心金属管材及位于第一空心金属管材和第二空心金属管材之间的纤维层。本发明的复合材料具有高的抗拉强度和低的密度，适合对抗拉强度要求较高且对重量要求较高的领域，如汽车等领域。CN112366024A公开了一种绞合型铝包复合芯导线，包括纤维增强复合材料芯、铝包覆层、硬铝层以及铝导线层，铝包覆层包覆在纤维增强复合材料芯外表面，硬铝层包覆在所有的纤维增强复合材料芯外部，铝导线层则包覆在硬铝层外部，纤维增强复合材料芯采用绞合型式，结构较为稳定，受力均匀，而所增加的铝包覆层，可以防止外界的介质例如水等对内部的纤维增强复合材料芯造成腐蚀，并且可以提高整体的抗拉强度。

但是现有的复合构型化金属基复合材料增强体结构单一，综合力学性能较差，增强效果不能满足综合性能要求较高的复合材料的制备，而且一般采用熔融纺丝法、切削法、单丝拉拔法、集束拉拔法等方法制备，工艺复杂。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种碳化物金属基复合棒材，解决现有金属基复合材料增强体结构单一，综合力学性能较差的问题。

本发明的另一个目的是提供一种碳化物金属基复合棒材的制备方法。

本发明所采用的第一技术方案是，一种碳化物金属基复合棒材，由内向外依次为金属基体和金属外层，金属基体内部均匀分布有多根金属丝，金属丝外侧布满碳化物颗粒，金属基体为铁基、镍基或钴基材料，金属丝为Ta、Nb、Ti、V或Mo丝，金属外层为低碳钢层或钛合金层。

金属外层为钛合金层时，金属外层与金属基体之间分布有TiC层。

本发明所采用的第二技术方案是，一种碳化物金属基复合棒材的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，准备原材料

金属薄带：选择低碳钢薄带或钛合金薄带，通过超声波清洗及酸洗后备用；

混合粉末：选择碳钢粉、铁粉+石墨粉、镍粉+石墨粉或钴粉+石墨粉，经烘干后混合均匀备用；

金属纤维：选择Ta、Nb、Ti、V或Mo纤维，超声波清洗及酸洗后备用；