[发明专利]一种原位自生Al2

说明书

本发明涉及一种原位自生Al₂O₃颗粒增强钢基表面复合材料用预制体、制备方法及应用。该预制体的制备包括：1)取氧化铬粉、铝粉、高碳铬铁粉和硼砂混合均匀，得到混合粉末；2)向混合粉末中加入粘结剂，混合均匀，压制成坯块；3)将坯块在保护气氛下干燥，即得预制体。该预制体以氧化铬粉、铝粉、高碳铬铁粉和硼砂为原料制成，铸渗时，利用Cr₂O₃与Al的铝热反应在钢基体表面原位自生Al₂O₃颗粒，铝热反应放出的热量促进了铸渗层与基体间的扩散，使铸渗层达到冶金结合，最终在金属基体表面形成一层与基体结合良好的铸渗层，铸渗层中富含铬的碳化物和Al₂O₃颗粒，因而可以显著提高铸渗层的硬度和耐磨性。

技术领域

本发明属于金属基复合材料领域，具体涉及一种原位自生Al₂O₃颗粒增强钢基表面复合材料用预制体、制备方法及应用。

背景技术

颗粒增强金属基复合材料是一种以金属或合金为基体，以陶瓷颗粒为增强相的多功能复合材料，具有高比强度、高韧性、高耐磨性等优良性能，一般是作为耐磨、耐蚀、耐热材料进行开发和应用。

颗粒增强相进入基体的方式有外加或自生两种。外加方式常采用粉末冶金、离心铸造、负压铸造等方法，这类方法最大的缺点是颗粒增强相与基体之间的相容性差，导致与基体的结合不良，在使用过程中容易造成材料的失效。自生方式是采用原位反应合成法，在金属基体中原位生成增强相，增强相的表面无污染，与基体的界面结合强度高，能够在不改变基体高韧性的前提下，提高特定部位的耐磨性等性能。

公布号为CN102676956A的中国专利申请公开了一种原位合成铁基表面复合材料的制备方法，其是将Al、Fe₂O₃、Cr₂O₃粉末均匀混合，在压力下压制成粉末坯料，然后对粉末坯料进行预烧结，即在氮气保护下将粉末坯料在120-150℃预热30-40min，再在600-700℃对粉末坯料加热20-30min，将经过预烧结的混合物进行破碎和筛分，获得0.3-3mm的粉末混合物预烧结颗粒，再通过粘结剂(如水玻璃)粘结制成多孔的预成型体并放置在待复合的位置，最后合型浇注，在铁水或者钢水的作用下预成型体发生反应并与铁水或钢水复合，形成铁基复合材料。采用该方法制备预成型体存在以下问题：(1)工艺较为复杂；(2)预制体基本成分为铝热反应剂，浇铸过程中反应过于剧烈，Al₂O₃颗粒尺寸在剧烈反应过程中容易长大，降低了其与基体的结合强度；同时，Fe₂O₃在剧烈反应条件下会分解为Fe₃O₄和O₂，生成的游离氧增加了反应的危险性；(3)采用水玻璃为粘结剂，其在浇铸过程中不易分解，容易残留于铸件中，影响材料的性能。

综合来看，采用现有铸渗工艺制备复合材料的过程中，金属基体与铸渗层的扩散渗透质量较差，铸渗层的缺陷较多，导致铸渗层的硬度和耐磨性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位自生Al₂O₃颗粒增强钢基表面复合材料用预制体，以解决利用现有预制体通过铸渗工艺制备的复合材料中，铸渗层的硬度和耐磨性较差的问题。

本发明的第二个目的在于提供一种原位自生Al₂O₃颗粒增强钢基表面复合材料用预制体的制备方法，以解决铸渗工艺制备的复合材料中，铸渗层的硬度和耐磨性较差的问题。

本发明的第三个目的在于提供一种预制体在制备钢基表面复合材料方面的应用，以解决现有复合材料铸渗层的硬度和耐磨性有待改善的问题。