[发明专利]一种含镍陶瓷/铁基合金复合材料制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料制备领域。

背景技术

三维网络氧化铝陶瓷/铁基复合材料广泛应用于汽车、军工、耐磨以及食品加工等工业领域，制备陶瓷/金属复合材料的方法包括：粉末冶金法、有压-无压熔融金属浸渗法、真空浸渗法、挤压铸造法、高温自蔓延法等。其中，无压浸渗泡沫陶瓷被认为是制备陶瓷/铁基合金复合材料最有效的方法。然而，陶瓷与铁合金之间属于不润湿系统，不能自发地进行浸渗，并且，多孔陶瓷骨架本身不够致密，有三角形的中空存在骨架中，很大程度上影响复合材料的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种陶瓷与铁合金结合紧密的含镍陶瓷/铁基合金复合材料制备方法。

本发明通过以下技术方案予以实现：一种含镍陶瓷/铁基合金复合材料制备方法，将20％(质量分数)的镍粉(平均粒径60μm，纯度99.5％)与95瓷氧化铝造粒陶瓷粉(主要组成：2.5％(质量分数)Si0₂、2.0%(质量分数)CaO、0.5%(质量分数)MgO，Ai₂0₃余量)混合，混合粉末球磨40h后，在轴向压力30MPa，压制成三维网络陶瓷坯体，陶瓷坯体在真空炉中完成预烧和烧结，预烧条件：真空状态下，2h升温至1200℃，保温2h，烧结条件：氩气保护状态下，由室温经3h升温至1450'C，保温2h，将Fe合金(合金成分：71.7％(质量分数)Fe，17.2％(质量分数)Cr，8.0％(质量分数)Ni，1.6％(质量分数)Mn)机械打磨除去氧化层后，置于陶瓷上，在真空炉中完成浸渗，浸渗条件：1h升温到1000℃，2h升温至1450℃，保温30min，再以1℃/min升温到1600℃，保温4h，随炉冷却，得到含镍陶瓷/铁基合金复合材料。

所述球磨过程在形星式球磨机内完成，球料质量比8：1。

本发明具有如下有益效果：

采用该方法制备的复合材料，陶瓷与铁合金在界面处以机械啮合的形式结合，两者结合紧密，无过渡层和微裂纹，铁合金中Fe、Cr元素呈梯度分布在陶瓷基体的金属相中，铁合金浸渗到陶瓷基体，浸渗深度可达400μm。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

具体实施例：本发明所述制备过程为，将20％(质量分数)的镍粉(平均粒径60μm，纯度99.5％)与95瓷氧化铝造粒陶瓷粉(主要组成：2.5％(质量分数)Si0₂、2.0%(质量分数)CaO、0.5%(质量分数)MgO，Ai₂0₃余量)混合，混合粉末球磨40h，所述球磨过程在形星式球磨机内完成，球料质量比8：1，在轴向压力30MPa，压制成三维网络陶瓷坯体，陶瓷坯体在真空炉中完成预烧和烧结，预烧条件：真空状态下，2h升温至1200℃，保温2h，烧结条件：氩气保护状态下，由室温经3h升温至1450'C，保温2h，将Fe合金(合金成分：71.7％(质量分数)Fe，17.2％(质量分数)Cr，8.0％(质量分数)Ni，1.6％(质量分数)Mn)机械打磨除去氧化层后，置于陶瓷上，在真空炉中完成浸渗，浸渗条件：1h升温到1000℃，2h升温至1450℃，保温30min，再以1℃/min升温到1600℃，保温4h，随炉冷却，得到含镍陶瓷/铁基合金复合材料。

通过金相显微镜、扫描电镜及电子能谱仪分析复合材料纵截面切面分析，可以得知，在整体界面上，铁合金与氧化铝陶瓷结合紧密，两者之间无微裂纹和过渡区存在；铁合金锲人到陶瓷表面，形成锯齿状尖角，将陶瓷体紧紧围包。

铁合金与陶瓷在界面处结合良好，未发现微裂纹的存在，金属Fe元素可以浸渗到陶瓷基体内部的镍颗粒所在的空间中．浸渗深度在400μm以上，铁元素的原子分数在浸渗过渡层依次为70．90％（原子分数），57.4%，36.61%,19.53%,6.27%。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。