[发明专利]一种耐高温磨损的镍铝‑碳化钨复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，主要涉及一种采用热爆合成辅助加压工艺制备镍铝-碳化钨（NiAl/WC）复合材料的制备方法。

背景技术

镍铝（NiAl）金属间化合物的高温综合性能优良，具有较高的熔点和较低的密度，可以用在材料高温性能要求较高的航空航天，电力锅炉领域广泛使用。但是NiAl金属间化合物的高温耐磨性较差，不能适应高温大载荷接触摩擦条件下的使用。

目前国内对镍铝-碳化钨（NiAl/WC）复合材料的应用主要集中在硬质合金方面，通过热爆合成或者高温烧结制备。这些技术的研究以及应用，充分挖掘了镍铝碳化钨复合材料的潜力，带来了显著的经济效益。专利号为201210564724.X的中国专利公开了采用NiAl作粘结相，WC和TiC作为硬质相，并采用10～40wt%的Co粉和Fe粉粘结。制备包括：按Ni-50at.%Al的成分比例,把0.03～21.04wt%镍粉和铝粉,与碳化物粉末混合均匀；置于石墨容器中铺平,非氧化性气氛下,升温加热至660～1300℃,保温,然后自然冷却,获得碳化物与NiAl的混合物；碾磨、破碎、过筛,获得混合粉末；400±50℃的氢气氛下脱氧预处理；将45.77-96.34wt%的混合粉末,与余量的Co和/Fe粉末湿磨；湿磨混合料喷雾干燥、压制；压坯1350～1550℃低压液相烧结获得抗高温磨损硬质合金。制备的Co和Fe粘结的镍铝-碳化钨（NiAl/WC）硬质合金组织结构均匀、合金粘结相显微硬度高，合金抗高温磨损性能优异。专利号为201310147055.0的中国专利以Ni-Al金属间化合物为粘结相的硬质合金及制备方法,以WC-Al₄W预合金粉作为前驱体,由碳化钨粉、镍粉、所述WC-Al₄W预合金粉和炭黑经烧结形成以Ni-Al金属间化合物为粘结相的硬质合金,其粘结相为单一NiAl粘结相,或单一Ni₃Al粘结相,或NiAl-Ni₃Al联合粘结相,或Ni₃Al-Ni联合粘结相。以Ni-Al金属间化合物为粘结相的硬质合金粘结相分布均匀、致密度高、合金强度高,粘结相中无氧化铝残留,避免了由于氧化铝存在而产生的脆性断裂源,提高了合金的使用性能。

另外申请公开号为CN 101613817A的中国专利“一种镍铝基复合材料作为高温自润滑耐磨材料的应用”发明了一种镍铝基复合材料作为高温自润滑耐磨材料，这种材料复合了Al₂O₃和TiC，复合材料的700-900℃的摩擦系数和磨损率低于Ni基合金，从而显著的提高了NiAl基复合材料的高温摩擦磨损性能。

综合以上文献，目前制备方法主要通过金属间化合物预合金法和烧结反应法，通过往NiAl中添加各种陶瓷硬质相，制备出NiAl/陶瓷复合材料，在NiAl金属间化合物中加入高硬度的陶瓷颗粒，来提高材料的硬度和耐磨性，提高高温条件下抗氧化腐蚀和耐高温摩擦磨损性能。

但烧结反应法需要原料进行化合反应，严重影响合金的收缩致密，会在复合材料中产生孔洞；

而金属间化合物预合金法是先制备NiAl金属间化合物预合金粉，制备金属间化合物预合金粉时会形成团粒结构，导致粘结相分布的均匀性较差，成分稳定性低，并且该法需要经过两次烧结，步骤复杂，材料制备时间较长，耗能高。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供一种镍铝-碳化钨（NiAl/WC）复合材料的制备方法，不需要进行高温烧结，通过混合粉末的热爆反应，一次性制备出成分稳定的复合材料。实现以下发明目的：

1、制备的镍铝-碳化钨（NiAl/WC）复合材料致密度95%以上，同时，WC的质量分数最高可达40%。

2、制备的镍铝-碳化钨（NiAl/WC）复合具有优异的高温耐磨性。

3、该制备方法制备的镍铝-碳化钨（NiAl/WC）复合材料工艺简单，降低了能量消耗。

为解决现有的技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种耐高温磨损镍铝-碳化钨（NiAl/WC）复合材料包括以下原材料：

Ni粉、Al粉、WC粉；所述Ni粉、Al粉的摩尔比为1:1；WC粉的质量占Ni-Al-WC混合粉末总质量的5～40wt%；

Ni粉：颗粒尺寸为100～300目，纯度95%～99.5%；Al粉：颗粒大小为100～300目，纯度95%～99.5%，WC粉：颗粒大小为100-200目，纯度95%～99.5%。