[发明专利]分级复合材料

说明书

发明技术领域

本发明涉及分级复合材料，其具有对组合的磨损/冲击应力的改善的抵抗性。所述复合物包含用碳化钛的特殊结构增强的铸铁或钢的金属基质。

描述

分级复合物是材料科学中周知的一类。对于铸造厂中制造的复合磨损部件，应当在充分的厚度内存在增强体元件以耐受在磨损和冲击方面显著和同时的应力。

用碳化钛增强的复合磨损部件是本领域本领域技术人员周知的，并且其通过不同途径的制造记载在发表于Journal of Material Science 37(2002)，第3881-3892页的概述文章《A review on the various synthesis routes of TiC reinforced ferrous based composites》中。

用原位产生的碳化钛所增强的复合磨损部件是在该文章中2.4项中提到的可能性中的一种。然而，在该情况下的磨损部件是由仅使用自蔓延高温合成(SHS)反应背景下的粉末制造的，其中钛与碳发生放热反应从而在基于铁基合金(也是以粉末形式引入的)基质中形成碳化钛。该类型的合成允许获得在铁基合金基质中均匀分散的微米级球状碳化钛(图12A(c))。该文章还很好地描述了控制此类合成反应的困难。

文献EP 1 450 973(Poncin)描述了通过以下方法制造的磨损部件的增强体：在旨在接纳浇铸金属的模具中放置由粉末混合物形成的嵌入物，所述粉末混合物因在高温(＞1400℃)下浇铸过程中由金属提供的热而彼此反应。粉末之间的反应由浇铸金属的热所引发。在该SHS型反应后，反应性嵌入物的粉末产生原位形成的硬质陶瓷颗粒的多孔团簇(团聚体)；一旦形成且仍在很高的温度下，该多孔团簇将立即被浇铸金属渗透。粉末之间的反应是放热和自蔓延的，这允许在高温下在模具中合成碳化物，并显著提高多孔团簇对渗透金属的可润湿性。该技术尽管比粉化冶金经济得多，但仍是相当昂贵的。

文献WO 02/053316(Lintunen)特别公开了在粘结剂存在下通过钛和碳之间的SHS反应获得的复合部件，这允许填充由碳化钛构成的骨架的孔隙。这些部件由在模具中压缩的粉末制成。SHS反应后获得的热团块(masse chaude)仍是塑性的并被压缩成其最终的形状。然而，反应的引燃不是由几种外面的浇铸金属进行的，并且此外不存在由外面的金属渗透的任何现象。文献EP 0 852 978 A1和文献US 5,256,368公开了类似的技术，其与压力或在压力下的反应用于获得增强部件的用途相关。

文献GB 2 257 985(Davies)公开了用于通过粉末冶金制造用碳化钛增强的合金的方法。所述合金以在多孔金属基质中具有小于10μm尺寸的微观球状颗粒的形式存在。选择反应条件以使在待制造的部件中的SHS反应的前沿蔓延。反应由燃烧器引燃，并且不存在由外面的铸造金属的渗透。

文献US 6,099,664(Davies)公开了包含硼化钛和任选地碳化钛的复合部件。通过燃烧器加热包含共晶的铁钛合金的粉末混合物以形成硼和钛的放热反应。在此，反应前沿穿过部件蔓延。

文献US 6,451,249 B1公开了包含任选地具有碳化物的陶瓷骨架的增强复合部件，所述碳化物通过作为粘结剂的金属基质彼此连接，并包含能够按照SHS反应进行反应的铝热剂(thermite)用以产生陶瓷粒料的团聚所需的熔化热。

文献WO 93/03192和US 4,909,842也公开了用于制造一种包含微细分散在金属基质中的碳化钛颗粒的合金的方法。它还涉及粉末冶金技术而不涉及在铸造厂通过浇铸的渗透技术。

文献US 2005/045252公开了一种分级复合物，其具有周期性和三维的设置成条带的硬质和延展性金属相的分级结构。

本领域技术人员还周知其它技术，例如在熔化炉中在液体金属中添加硬质颗粒，或采用嵌入物的再装(rechargement)或增强技术。然而，所有这些技术具有各种缺点，不允许制造这样的用碳化钛增强的分级复合物，其几乎没有厚度限制，并且对冲击和脱落具有良好的抵抗性，并且这以非常经济的方式进行。

发明目的

本发明发现可对现有技术缺点的补救，并公开了具有改善的耐磨损性同时保持良好抗冲击性的分级复合材料。通过特定的增强结构获得该性质，所述特定的增强结构采取包含富集碳化钛微米级球状颗粒的不连续毫米级区域的宏观-微观结构形式。

本发明还提出了包含通过特定方法获得的特定碳化钛结构的分级复合材料。

此外，本发明还提出了用于获得包含特定碳化钛结构的分级复合材料的方法。