[发明专利]一种块体镍硅基非晶－纳米晶复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明叙述了一种块体镍硅基非晶-纳米晶复合材料及其制备方法。

背景技术

块体非晶-纳米晶复合材料具有高强度、高硬度和良好的韧性，因而具有优良的抗氧化性和耐磨损性，是一种在航天、航空、航海和核能等高技术工业方面具有潜在的应用前景的高性能结构材料。

块体非晶-纳米晶复合材料目前多用非晶晶化或在非晶基底中加入纳米颗粒的方法获得，在制备的过程中不宜控制晶化过程晶粒的大小，也无法在非晶熔体中很好的控制纳米颗粒的分散性，另外，以上过程均需上千度的熔炼温度。所以，目前的制备工艺存在耗能耗时，不易控制的缺点，制约了块体非晶-纳米晶复合材料走向应用。本发明采用的制备方法所需外加温度低，制备工艺及所需设备简单，易于控制，具有节能、省时、成本低廉的特点，有工业应用的潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节能省时的块体镍硅基非晶-纳米晶复合材料及其制备方法。

一种块体镍硅基非晶-纳米晶复合材料，以原子百分数计，材料由镍37.5～57.0，硅12.5～19.0以及余量的铜组成。

一种块体镍硅基非晶-纳米晶复合材料材料的制备方法，其特征在于该方法包括：将硅粉：镍粉的质量比为1∶2～6的原料，在球磨机中干混6～10小时，置于铜模具中以10～30MPa的压力压实；再称取铝∶氧化铜的质量比为1∶1.1～2.3的粉状反应物料，混合均匀，置于硅镍混合粉料压坯上，以10～30MPa的压力压成反应物胚块，置于反应容器中，将引燃剂置于反应物胚块上，引燃剂是由高锰酸盐，镁粉，硫化物组成的混合物，各组分高锰酸盐∶镁粉∶硫化物的质量比为1.0∶1.5∶(2.0～2.5)；用惰性气体吹反应容器以排除其中的空气；将反应物胚块加热到150℃～200℃，并在此温度保温1～2小时；再从容器中排除从反应物料表面脱附的气体，通入3～10MPa惰性气体；继续加热到大约250～270℃，通过引燃剂引发反应，反应完成后，材料随反应容器冷却至室温。

本发明的引燃剂的重量百分含量占总反应物料的3～9％。

采用以上的制备方法，由于反应产物在铜模具中获得了较大的过冷度，而且Ni-Si-Cu体系具有较高的非晶化能力，同时反应过程在较高的压力下进行，抑制了熔融态下原子的扩散能力，使得Ni-Si-Cu合金最终以非晶-纳米晶复合物的形态存在。

本发明制备的块体镍硅基材料的XRD，TEM结果表明其具有非晶-纳米晶复合结构，纳米晶与非晶基底的体积比为1∶4～5，粒度在5～25nm，且均匀存在于非晶基底中，材料的厚度为7～10mm，其它方向不受限制。

本发明制备的Ni-Si-Cu材料非晶-纳米晶复合结构的微观组织均匀，具有纯度高、组织致密的优点。初步的性能测试结果表明(表1)，材料具有高强度、较高的硬度及良好的耐磨损性。本发明制备的材料性能重现性好，所测性能数据离散度不大于10％。

硬度测定条件为，载荷500g，加载持续时间5s。采用三点弯曲试验测定了材料的抗弯强度，试样尺寸为30×3×3mm，跨距为25mm，压头下移速度为0.1mm/min。磨损试验是在球-盘式SRV微动摩擦磨损试验机上进行的，盘为本发明的材料，尺寸为19×19×4mm，对偶为Φ10mm的GCr15钢球。载荷40N，振幅1mm，频率25Hz，运转时间30分钟。

表1 Ni-Si-Cu块体非晶材料的硬度、弯曲强度及磨损率