[发明专利]一种Ti-Fe微粉包覆下的多通道陶瓷预制体及其制备方法和应用

说明书

本发明属于材料加工领域，公开了一种Ti‑Fe微粉包覆下的多通道陶瓷预制体及其制备方法和应用。本发明通过机械合金化(MA)的方法获得Fe‑Ti合金深共晶点附近得合金粉体，合金粉体的熔化温度可达1085℃，通过无压烧结的方法将合金粉体与ZTA陶瓷颗粒在1250～1550℃保温，促使熔融液态Ti对ZTA表面进行活化处理，可以显著提高ZTA与表面活化作用，陶瓷与粘结剂间形成了Ti‑O过渡层使得预制体的压溃强度，提高陶瓷表面与钢铁溶液的润湿性，预制体的压溃强度可达5MPa。

技术领域

本发明属于材料加工领域，特别涉及一种Ti-Fe微粉包覆下的多通道陶瓷预制体及其制备方法和应用。

背景技术

颗粒增强钢铁基复合材料中陶瓷颗粒起到提高钢铁材料耐磨损性的作用。在服役过程中，钢铁基体支撑陶瓷颗粒，使其随着钢铁基体磨损量的增加突出于钢铁基体，阻挡了钢铁材料的进一步被磨损。而在制备复合材料过程中陶瓷颗粒的粘结成型，以及陶瓷颗粒与金属间的界面结合强度是复合材料性能改善的关键。

在材料加工领域内，由于氧化锆增韧氧化铝陶瓷(ZTA)具有出色的硬韧性，被广泛的作为填充料引入到高铬铸铁、钢、高锰钢以及部分硬质合金中。并且其较好的经济适用性，也有利于材料的规模化和批量化生产；特别在材料的减磨，抗磨方面，ZTA颗粒常作为金属材料的抗磨增强相，用来提高材料的抗冲击磨损性能。另外，在钢铁冶炼过程中，时常采用微纳米尺度的ZTA陶瓷微粉作为孕育剂，起到细化晶粒的作用，提高了材料整体机械性能的目的。然而，由于ZTA陶瓷界面稳定性好，成型困难，与钢铁熔体之间的润湿性极低等特点，成为钢铁基陶瓷复合材料发展的主要瓶颈。

陶瓷颗粒与金属间界面的结合方式决定着所形成的界面的结合强度，目前陶瓷颗粒与金属间界面主要以机械结合为主，冶金结合较难，这主要是由于陶瓷和金属截然不同的化学性能、热膨胀系数等特性，因而导致陶瓷颗粒与金属间界面的不良结合。另外，ZTA陶瓷预制体主要采用机械合金化(MA)与无压烧结结合的工艺进行制备。MA工艺是利用粉体颗粒与磨球之间长时间激烈地冲击、碰撞，促使粉体间实现充分的原子扩散，无压烧结主要是将活化粉体与陶瓷表面产生原子扩散，另外使得陶瓷颗粒之间可以通过粉体的烧结而实现一定强度的连接成型。能够与陶瓷表面发生扩散反应的粉体，促使陶瓷表面具有一定的金属性，可以显著的提高陶瓷表面在金属液中的浸润性，为后续的铸渗过程中陶瓷表面与金属溶体实现充分接触。因此，亟需研发一种可与金属间界面冶金结合的陶瓷。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种Ti-Fe微粉包覆下的多通道陶瓷预制体的制备方法。该方法通过合金化处理Fe-Ti混合粉体，Ti含量控制在25-35wt％区间，将粉体与陶瓷进行混合烧结，可实现陶瓷颗粒间较高的结合强度，预制体的压溃强度可达5MPa，添加的Ti粉与ZTA陶瓷中的O结合，对陶瓷表面形成有效的活化作用。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的Ti-Fe微粉包覆下的多通道陶瓷预制体。

本发明再一目的在于提供上述Ti-Fe微粉包覆下的多通道陶瓷预制体在制备高铬铸铁基或高锰钢基等钢铁基复合材料中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种Ti-Fe微粉包覆下的多通道陶瓷预制体的制备方法，其主要包括以下步骤：

(1)混粉并合金化：将还原铁粉和Ti粉混合，然后加入到球磨罐中球磨进行合金化，得混合粉体粘结剂；

(2)混料：将步骤(1)中得到的混合粉体粘结剂与ZTA颗粒混合，然后加入水玻璃作为固化剂和石蜡颗粒作为造孔剂，搅拌使粉末粘结剂均匀包覆在ZTA陶瓷颗粒表面，得混合物料；

(3)固化：将步骤(2)中得到的混合物料填充到成型模具中，通过紧固磨具将预制体定形和紧实，持续通入CO₂气体进行固化，然后烘干脱模即得固化成型后的预制体；