CN104894454A - 一种高温耐磨复合材料的体系及制备方法 - Google Patents
一种高温耐磨复合材料的体系及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104894454A CN104894454A CN201510375798.2A CN201510375798A CN104894454A CN 104894454 A CN104894454 A CN 104894454A CN 201510375798 A CN201510375798 A CN 201510375798A CN 104894454 A CN104894454 A CN 104894454A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- composite material
- temperature
- phase
- preparation
- temperature wear
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims abstract description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 12
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 30
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 22
- 229910015372 FeAl Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 16
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 14
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 5
- NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoferriooxy)iron hydrate Chemical compound O.O=[Fe]O[Fe]=O NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 abstract description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 abstract description 2
- 229910001691 hercynite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 abstract 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 abstract 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 45
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 6
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910015189 FeOx Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017103 Fe—Al—O Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 2
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- FRWYFWZENXDZMU-UHFFFAOYSA-N 2-iodoquinoline Chemical compound C1=CC=CC2=NC(I)=CC=C21 FRWYFWZENXDZMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- -1 aluminum compound Chemical class 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N beryllium oxide Inorganic materials O=[Be] LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940067573 brown iron oxide Drugs 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 230000002498 deadly effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001778 solid-state sintering Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Abstract
本发明涉及一种以Fe-FeAl2O4为主要物相的新型高温耐磨材料，该材料中金属相和陶瓷相的质量百分含量分别为33-45％和67-55％，具有高硬度、高韧性和低磨损率，能够抵抗冶金、材料和热能等领域中1100℃以下固体颗粒的表面磨损侵蚀，特别适用于保护高温热交换器风管、旋风分离器内衬和含粉尘通风管路等设备。本发明还涉及这种高温耐磨复合材料的制备方法，采用氧化铁粉末、碳粉和铝氧化合物粉末为原料，在高温下通过原位合成方法，制备出高温耐磨的新型金属陶瓷材料。工艺简单、参数可控、成本低、金属相和陶瓷相比例可控，相界面纯净、结合良好。
Description
技术领域
本发明属于金属陶瓷复合材料及其制备技术领域，尤其涉及一种新体系金属陶瓷复合材料及其制备方法。
背景技术
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。
先进陶瓷材料中应用最广泛的是素有“陶瓷王”之称的Al2O3陶瓷。氧化铝陶瓷原料分布广、产品性能优良、价格低。由于具有耐高温、硬度大、强度高、耐腐蚀、电绝缘、气密性好等优良性能，是目前氧化物陶瓷中用途最广、产量最大的陶瓷新材料：可用于切削刀具、磨环、模具；是理想的集成电路基板材料；还可用作催化剂载体、热交换管、阀门、化学泵等。但是与其他陶瓷材料一样，该陶瓷具有脆性这一固有的致命弱点，使得目前Al2O3陶瓷材料的使用范围及其寿命受到了相当大的限制。改善氧化铝陶瓷材料脆性的方法很多，如提高材料的密度、纯度、晶体完整性，以及改变晶形、晶粒尺寸、晶界状况等，或通过微裂纹韧化、ZrO2相变增韧、颗粒弥散、纤维增韧方法等。
金属陶瓷是由陶瓷硬质相与金属或合金粘结相组成的复合材料，因此兼有金属和陶瓷的优点。它密度小、硬度高、耐磨、导热性好，不会因为骤冷或骤热而脆裂。既具有金属的韧性、高导热性和良好的热稳定性，又具有陶瓷的耐高温、耐腐蚀和耐磨损等特性。金属陶瓷广泛地应用于火箭、导弹、超音速飞机的外壳、燃烧室的火焰喷口等地方。随着我国机械、冶金、能源等领域的高速、可持续发展，对材料综合性能的要求越来越高。由于陶瓷-金属基复合材料能够将金属良好的塑性、高导热性与陶瓷的高温耐磨损及耐腐蚀性有效的结合起来，因而得到了广泛关注。
目前，金属陶瓷分为氧化物体系(Al2O3、ZrO2、MgO)、碳化物体系(TiC、SiC、WC)、硼化物体系(TiB、ZrB、CrB)和氮化物体系(TiN、BN、Si3N4、TaN)等，其中氧化物体系应用最广泛。氧化物金属陶瓷以氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铍等为基体，与金属钨、铬或钴复合而成，具有耐高温、抗化学腐蚀、导热性好、机械强度高等特点，可用作导弹喷管衬套、熔炼金属的坩埚和金属切削刀具。
通常来讲，金属陶瓷要求各物相间有良好的物理相容性和化学相容性，因此，选择合适金属相和陶瓷相组合是制备新型金属陶瓷的先决条件。
Al2O3基金属陶瓷在所有氧化物金属陶瓷的研究和应用中最为广泛。但Al2O3韧性差，为改善其弊端，常加入延性金属颗粒。常见的Fe由于润湿性差而不能直接作为Al2O3增韧金属。文献1(王志，刘健飞，丁寅森，等.Fe/Al2O3复合材料的制备和性能[J].材料研究学报，2012,26(2)：206-210)报道了一种Fe与Al2O3陶瓷的复合方法，该方法的缺点是需添加金属Al来改善Fe与Al2O3陶瓷的润湿性，但是金属粉末与Al2O3陶瓷粉末不易完全混合均匀，影响各物相的物理相容性和化学相容性。专利CN02245580.9报道一种高温耐磨管件的制备方法，其采用在本钢制外壳焊接龟甲网，然后将刚玉、烧结矾土或石英为骨料分散在复合磷酸盐聚合物和促凝剂固化物中所形成的耐高温耐磨衬里，该方法不足为需先焊接龟甲网，形成的耐高温耐磨衬里形状不易控制、成型精度低，断裂韧性差。文献2(臧国鹏.反应等离子喷涂Fe-Al2O3-FeAl2O4复合涂层形成机理的研究[D].天津：河北工业大学，2011)介绍一种反应等离子喷涂Fe-Al2O3-FeAl2O4复合涂层的方法，该方法以工业铝粉和氧化铁粉为原料，通过喷雾造粒法，制备出适合于等离子喷涂的复合粉体，并通过等离子喷涂技术将复合粉体制备成金属陶瓷复合涂层，该专利的不足为铝粉还原氧化铁反应速度不易控制，涂层薄而耐磨性差。到目前为止，世界上未报到关于采用原位反应合成Fe-FeAl2O4系金属陶瓷复合材料。
原位合成法是一种最近发展起来制备复合材料的新方法。其基本原理是利用不同元素或化学物之间在一定条件下发生化学反应，而在材料基体内生成一种或几种物相颗粒，以达到改善单一材料性能的目的。通过这种方法制备的复合材料，增强体是在基体内形核、自发长大，因此，增强体表面无污染，基体和增强体的相溶性良好，界面结合强度较高。同时，不像其它复合材料，省去了繁琐的增强体预处理工序，简化了制备工艺。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种高温耐磨复合材料的体系，以Fe-FeAl2O4为主要物相的新金属陶瓷体系，该材料具有高硬度、高韧性和低磨损率，能够抵抗冶金、材料和热能等领域中1100℃以下固体颗粒的表面磨损侵蚀，特别适用于保护高温热交换器风管、旋风分离器内衬和含粉尘通风管路等设备。
本发明还提供了一种高温耐磨复合材料的制备方法，以氧化铁粉末、碳粉和铝化合物粉末为原料在高温下通过原位合成，制备出Fe-FeAl2O4系高温耐磨的金属陶瓷复合材料，该材料中金属相和陶瓷相的质量百分含量分别为33-45％和67-55％，与自蔓延烧结、等离子喷涂、固相烧结、液相烧结和浸渗法等工艺比较，原位反应合成具有如下优点：工艺简单、参数可控、成本低、金属相和陶瓷相比例可控，相界面纯净、结合良好等。
本发明通过以下技术方案实现。
一种高温耐磨复合材料的体系，所述高温耐磨复合材料以Fe-FeAl2O4为主要物相，增强相为FeAl2O4，粘结相为FeO-Al2O3固熔相，韧性相为Fe。
所述高温耐磨复合材料的金属物相质量百分比为33-45％，非金属物相质量百分比为67-55％。
一种高温耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，将氧化铁粉末、炭粉和铝氧化合物粉末混合均匀，使其在高温下发生化学反应和热压烧结，原位合成致密Fe-FeAl2O4复合材料。
方法包括以下步骤：
步骤1、配料：取氧化铁粉末、炭粉和铝氧化合物粉末按照一定比例放入球磨机中，加入适量分散剂润磨混匀，低温真空下烘干；分散剂的种类和用法属于本领域常用技术手段，可以参照一般氧化铝陶瓷制备方法。
步骤2、压片：将步骤1中润磨好的物料加入适量粘结剂，在一定压力下压制成圆柱形，低温真空下烘干；粘结剂的种类和用法属于本领域常用技术手段，可以参照一般氧化铝陶瓷制备方法。
步骤3、化学反应和高温原位合成：将步骤2中压片置于热压炉，在高温下发生化学反应和热压烧结，利用固体碳还原氧化铁生成部分金属铁和FeOx，FeOx和Al2O3反应生产FeAl2O4和Fe-Al-O固熔体，原位合成致密Fe-FeAl2O4复合材料。
本发明方法所述所述氧化铁为Fe3O4和/或Fe2O3，所述碳粉为活性炭粉和/或焦炭粉，所述铝氧化合物粉末为Al2O3和/或Al(OH)3，混合反应原料摩尔配比优选为：MFe/MAl＝0.9-1.2，MO/MC＝1.071-1.483。Al2O3和Al(OH)3混合使用时对混合比例无要求，主要是提供铝源，Al(OH)3高温下可以分解成Al2O3。
本发明中MFe、MAl指反应原料中Fe和Al的物质的量(mol)，MO指氧化铁中的氧的物质的量(mol)，MC指反应原料中碳的物质的量(mol)；原料粒度均小于20微米，颗粒形状任意。
本发明球磨工艺参数的球料比为优选3:1-10:1，球磨时间为24-48小时，球磨机转速优选为100-250转/分，球磨的目的是使用原料混合更均匀。
本发明压片的成形压力优选5-30MPa，保压时间1-5分钟。
本发明反应和原位合成气氛为真空，或者氩气和/或氮气的惰性气体条件下；温度为1300-1500℃，保温时间为5-25分钟，热压烧结辅助压力为10-40MPa。
本发明以Fe3O4和Fe2O3为原料时，Fe3O4/Fe2O3的摩尔比优选为1:2-2:1。
本发明高温耐磨复合材料，是一种新金属陶瓷体系，采用原位反应合成制备金属陶瓷技术，与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1、本发明高温耐磨复合材料是以Fe-FeAl2O4为主要物相的新金属陶瓷体系，该材料增强相为FeAl2O4，粘结相为FeO-Al2O3固熔相，韧性相为Fe，具有高硬度、高韧性和低磨损率，能够抵抗冶金、材料和热能等领域中1100℃以下固体颗粒的表面磨损侵蚀，特别适用于保护高温热交换器风管、旋风分离器内衬和含粉尘通风管路等设备。
2、本发明原位反应合成Fe、FeAl2O4和Fe-Al-O固熔体，不需要单独制备，也不需与其他物相粉末混合，物相润湿角小，界面结合良好。
3、本发明高温耐磨复合材料陶瓷颗粒表面纯净，基体和增强体的相溶性良好，相结合强度高，陶瓷物相与金属物相分布均匀。
4、本发明高温耐磨复合材料陶瓷物相与金属相分布均匀，杂质含量可控；工艺方法简单，省去了繁琐的增强体预处理工序，易于制备，参数可控，成本低。
5、本发明制备金属陶瓷的抗折强度大于350MPa，洛氏硬度大于4000MPa，磨损率小于0.04％。
附图说明
图1为本发明高温耐磨复合材料制备方法工艺流程图
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
取粒度小于20微米的Fe3O4粉末、Al2O3粉末和活性炭粉末，按照MFe/MAl＝0.9、MO/MC＝1.5比例配料。将配好的粉料加入适量分散剂在球磨机内润磨混合24小时，球料比为3:1，球磨机转速：100转/分，物料混合均匀，取出低温真空下烘干，加入适量粘结剂后，成形压力5MPa，保压时间5分钟，压制成φ25.5±0.5mm圆柱，低温真空下烘干。将压好的圆柱形片在氮气和氩气体积比为1:1气氛下在1300℃烧结，辅助压力为10MPa，保温时间为5分钟，冷却至室温，即得Fe-FeAl2O4金属陶瓷。对所得产品进行检测，金属相与非金属物相的质量百分比分别为33％和67％。
物相润湿角小，界面结合良好，陶瓷颗粒表面纯净，基体和增强体的相溶性良好，相结合强度高，陶瓷物相与金属物相分布均匀。工艺方法简单，省去了繁琐的增强体预处理工序，易于制备，参数可控，成本低。测试该金属陶瓷的抗折强度为365MPa，洛氏硬度为4050MPa，磨损率为0.038％。
实施例2
取粒度小于20微米的Fe2O3、Al2O3粉末和焦炭粉，按照MFe/MAl＝1.2、MO/MC＝1.0比例配料。将配好的粉料加入适量分散剂在球磨机内润磨混合48小时，球料比为10:1，球磨机转速：250转/分，物料混合均匀，取出低温真空下烘干，加入适量粘结剂后，成形压力30MPa，保压时间1分钟，压制成φ25.5±0.5mm圆柱，低温真空下烘干。在氩气气氛下在1400℃烧结，辅助压力为40MPa，烧结时间为25分钟，其他制备方法同实施例1，即得Fe-FeAl2O4金属陶瓷。对所得产品进行检测，金属相与非金属物相的质量百分比分别为45％和55％。
物相润湿角小，界面结合良好，陶瓷颗粒表面纯净，基体和增强体的相溶性良好，相结合强度高，陶瓷物相与金属物相分布均匀。测试该金属陶瓷的抗折强度为352MPa，洛氏硬度为4120MPa，磨损率为0.035％。
实施例3
取粒度小于20微米的Fe3O4、Fe2O3、Al(OH)3粉末和活性炭粉，按照MFe/MAl＝1.1、MO/MC＝1.2比例配料，其中Fe3O4/Fe2O3的摩尔比为2:1。将配好的粉料加入适量分散剂在球磨机内润磨混合36小时，球料比为8:1，球磨机转速200转/分，物料混合均匀，取出低温真空下烘干，加入适量粘结剂后，成形压力20MPa，保压时间3分钟，压制成φ25.5±0.5mm圆柱，低温真空下烘干。在氮气气氛下在1500℃烧结，辅助压力为20MPa，烧结时间为25分钟，其他制备方法同实施例1，即得Fe-FeAl2O4金属陶瓷。对所得产品进行检测，金属相与非金属物相的质量百分比分别为41％和59％。
物相润湿角小，界面结合良好，陶瓷颗粒表面纯净，基体和增强体的相溶性良好，相结合强度高，陶瓷物相与金属物相分布均匀。测试该金属陶瓷的抗折强度为367MPa，洛氏硬度为4008MPa，磨损率为0.039％。
实施例4
取粒度小于20微米的取Fe3O4、Fe2O3、Al2O3粉末和活性炭粉。按照MFe/MAl＝1.0、MO/MC＝1.3比例配料，其中Fe3O4/Fe2O3的摩尔比为1:2。将配好的粉料加入适量分散剂在球磨机内润磨混合30小时，球料比为5:1，球磨机转速：150转/分，物料混合均匀，取出低温真空下烘干，加入适量粘结剂后，成形压力30MPa，保压时间3分钟，压制成φ25.5±0.5mm圆柱，低温真空下烘干。在真空下在1500℃烧结，辅助压力为30MPa，烧结时间为15分钟，其他制备方法同实施例1，即得Fe-FeAl2O4金属陶瓷。对所得产品进行检测，金属相与非金属物相的质量百分比分别为39％和61％。
物相润湿角小，界面结合良好，陶瓷颗粒表面纯净，基体和增强体的相溶性良好，相结合强度高，陶瓷物相与金属物相分布均匀。测试该金属陶瓷的抗折强度为353MPa，洛氏硬度为4035MPa，磨损率为0.032％。
实施例5
取粒度小于20微米的取Fe3O4、Fe2O3、Al2O3、Al(OH)3粉末和活性炭粉。按照MFe/MAl＝1.10、MO/MC＝1.4比例配料，其中Fe3O4/Fe2O3的摩尔比为1:1。将配好的粉料加入适量分散剂在球磨机内润磨混合36小时，球料比为6:1，球磨机转速：200转/分，物料混合均匀，取出低温真空下烘干，加入适量粘结剂后，成形压力30MPa，保压时间3分钟，压制成φ25.5±0.5mm圆柱，低温真空下烘干。在真空下在1450℃烧结，辅助压力为30MPa，烧结时间为15分钟，其他制备方法同实施例1，即得Fe-FeAl2O4金属陶瓷。对所得产品进行检测，金属相与非金属物相的质量百分比分别为35％和65％。
物相润湿角小，界面结合良好，陶瓷颗粒表面纯净，基体和增强体的相溶性良好，相结合强度高，陶瓷物相与金属物相分布均匀。测试该金属陶瓷的抗折强度为372MPa，洛氏硬度为4065MPa，磨损率为0.035％。
以上实施例，仅以说明为目的，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高温耐磨复合材料的体系，其特征在于，所述高温耐磨复合材料以Fe-FeAl2O4为主要物相体系，增强相为FeAl2O4，粘结相为FeO-Al2O3固熔相，韧性相为Fe。
2.根据权利要求1所述高温耐磨复合材料的体系，其特征在于，所述复合材料的金属物相质量百分比为33-45％，非金属物相质量百分比为67-55％。
3.一种高温耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，将氧化铁粉末、炭粉和铝氧化合物粉末混合均匀，使其在高温下发生化学反应和热压烧结，原位合成致密Fe-FeAl2O4系复合材料。
4.根据权利要求3所述高温耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，方法包括以下步骤：
步骤1、配料：取氧化铁粉末、炭粉和铝氧化合物粉末按照一定比例放入球磨机中，润磨混匀；
步骤2、压片：将步骤1润磨好的物料在一定压力下压制成圆柱形；
步骤3、化学反应和高温原位合成：将步骤2压片置于热压炉，在高温下发生化学反应和热压烧结，原位合成致密Fe-FeAl2O4复合材料。
5.根据权利要求4所述高温耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化铁为Fe3O4和/或Fe2O3，所述碳粉为活性炭粉和/或焦炭粉，所述铝氧化合物粉末为Al2O3和/或Al(OH)3，混合反应原料摩尔配比为MFe/MAl＝0.9-1.2，MO/MC＝1.0-1.5。
6.根据权利要求3-5任一所述高温耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，球磨工艺参数球料比为3:1-10:1，球磨时间为24-48小时，球磨机转速为100-250转/分。
7.根据权利要求3-5任一所述高温耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，压片的成形压力5-30MPa，保压时间1-5分钟。
8.根据权利要求3-5任一所述高温耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，反应和原位合成气氛为氩气和/或氮气，或真空；温度为1300-1500℃，时间为5-25分钟，热压烧结压力为10-40MPa。
9.根据权利要求3-5任一所述高温耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，原料Fe3O4/Fe2O3的摩尔比为1:2-2:1。
10.根据权利要求3-9任一所述高温耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，原料粒度小于20微米。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510375798.2A CN104894454B (zh) | 2015-07-01 | 2015-07-01 | 一种高温耐磨复合材料的体系及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510375798.2A CN104894454B (zh) | 2015-07-01 | 2015-07-01 | 一种高温耐磨复合材料的体系及制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104894454A true CN104894454A (zh) | 2015-09-09 |
| CN104894454B CN104894454B (zh) | 2017-03-01 |
Family
ID=54027404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510375798.2A Active CN104894454B (zh) | 2015-07-01 | 2015-07-01 | 一种高温耐磨复合材料的体系及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104894454B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105483496A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-04-13 | 无锡福镁轻合金科技有限公司 | 一种用于导轨的复合材料 |
| CN105543617A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-05-04 | 无锡福镁轻合金科技有限公司 | 一种用于万向节的复合材料 |
| CN106048370A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-10-26 | 苏州洪河金属制品有限公司 | 一种高温超导金属材料及其制备方法 |
| CN110526705A (zh) * | 2019-10-18 | 2019-12-03 | 西安石油大学 | 一种含有铝酸亚铁和铝酸锶的高温润滑复合材料及其制备方法 |
| CN113604722A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-11-05 | 华北理工大学 | 一种原位合成Fe-FeAl2O4复合材料的制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003171169A (ja) * | 2001-12-04 | 2003-06-17 | Shiro Nomura | 遠赤外線放射材料 |
| CN102531650A (zh) * | 2012-01-05 | 2012-07-04 | 武汉科技大学 | FeAl2O4-Al2O3复合粉体及其在惰性气氛下的制备方法 |
| CN102557687A (zh) * | 2012-01-05 | 2012-07-11 | 武汉科技大学 | FeAl2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法 |
| CN102583462A (zh) * | 2012-01-17 | 2012-07-18 | 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 | 一种铁铝尖晶石的合成方法 |
| CN104072172A (zh) * | 2014-07-14 | 2014-10-01 | 淄博市鲁中耐火材料有限公司 | 铁铝尖晶石及其制备方法 |
-
2015
- 2015-07-01 CN CN201510375798.2A patent/CN104894454B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003171169A (ja) * | 2001-12-04 | 2003-06-17 | Shiro Nomura | 遠赤外線放射材料 |
| CN102531650A (zh) * | 2012-01-05 | 2012-07-04 | 武汉科技大学 | FeAl2O4-Al2O3复合粉体及其在惰性气氛下的制备方法 |
| CN102557687A (zh) * | 2012-01-05 | 2012-07-11 | 武汉科技大学 | FeAl2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法 |
| CN102583462A (zh) * | 2012-01-17 | 2012-07-18 | 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 | 一种铁铝尖晶石的合成方法 |
| CN104072172A (zh) * | 2014-07-14 | 2014-10-01 | 淄博市鲁中耐火材料有限公司 | 铁铝尖晶石及其制备方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105483496A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-04-13 | 无锡福镁轻合金科技有限公司 | 一种用于导轨的复合材料 |
| CN105543617A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-05-04 | 无锡福镁轻合金科技有限公司 | 一种用于万向节的复合材料 |
| CN106048370A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-10-26 | 苏州洪河金属制品有限公司 | 一种高温超导金属材料及其制备方法 |
| CN110526705A (zh) * | 2019-10-18 | 2019-12-03 | 西安石油大学 | 一种含有铝酸亚铁和铝酸锶的高温润滑复合材料及其制备方法 |
| CN113604722A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-11-05 | 华北理工大学 | 一种原位合成Fe-FeAl2O4复合材料的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104894454B (zh) | 2017-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20210323875A1 (en) | Short-Fiber-Reinforced Oriented MAX-Phase Ceramic-Based Composite and Preparation Method Therefor | |
| Jayaseelan et al. | Development of multi-layered thermal protection system (TPS) for aerospace applications | |
| Zhang et al. | Processing and characterization of ZrB2–SiCW ultra-high temperature ceramics | |
| CN104894454A (zh) | 一种高温耐磨复合材料的体系及制备方法 | |
| Liu et al. | Microstructure and mechanical properties of B4C–TiB2–SiC composites fabricated by spark plasma sintering | |
| Lin et al. | Effects of CNTs content on the microstructure and mechanical properties of spark plasma sintered TiB2-SiC ceramics | |
| Zhou et al. | Effect of graphite flake orientation on microstructure and mechanical properties of ZrB2–SiC–graphite composite | |
| Wang et al. | Effect of TiB2 content on microstructure and mechanical properties of in-situ fabricated TiB2/B4C composites | |
| Wen et al. | High toughness and electrical discharge machinable B4C-TiB2-SiC composites fabricated at low sintering temperature | |
| Ghadami et al. | Novel HfB2-SiC-MoSi2 composites by reactive spark plasma sintering | |
| Sun et al. | Microstructure and mechanical properties of ZrB2–Nb composite | |
| CN103834824B (zh) | 一种无粘结相碳化钨硬质合金及其制备方法 | |
| Wang et al. | The processing and properties of (Zr, Hf) B2–SiC nanostructured composites | |
| CN103182506A (zh) | 一种TiCp/M2高速钢复合材料及其SPS制备方法 | |
| CN107266101A (zh) | 一种短切碳纤维增强碳化硼基复合材料的制备方法 | |
| He et al. | Sintering behavior of alumina whisker reinforced zirconia ceramics in hot oscillatory pressing | |
| CN108383527A (zh) | 一种石墨烯/碳化硼陶瓷复合材料的制备方法 | |
| Huang et al. | Friction properties of high temperature boride coating under dry air and water vapor ambiences | |
| Liu et al. | The effect of transition metal carbides MeC (Me= Ti, Zr, Nb, Ta, and W) on mechanical properties of B4C ceramics fabricated via pressureless sintering | |
| Zhang et al. | Densification and ablation behavior of ZrB2 ceramic with SiC and/or Fe additives fabricated at 1600 and 1800° C | |
| Liu et al. | Effect of Ti and its compounds on the mechanical properties and microstructure of B4C ceramics fabricated via pressureless sintering | |
| Liu et al. | Preparation of MoSi2-SiB6 oxidation inhibition coating on graphite by spark plasma sintering method | |
| Zhang et al. | Achieving synergy of load-carrying capability and damage tolerance in a ZrB2-SiC composite reinforced through discontinuous carbon fiber | |
| CN1746323A (zh) | 一种非稳定态钇氧化锆增韧增强碳化钨复合材料的制备方法 | |
| Chen et al. | Preparation of ZrB2 based hybrid composites reinforced with SiC whiskers and SiC particles by hot-pressing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240118 Address after: 026000, No. 12-04, Jiahe River South, to the west of Duolun Street, Duolun Nur Town, Duolun County, Xilingol League, Inner Mongolia Autonomous Region, China Patentee after: BEICI Technology (Inner Mongolia) Co.,Ltd. Address before: 014010 the Inner Mongolia Autonomous Region Baotou Kunqu Arden Street No. 7 Patentee before: INNER MONGOLIA University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY |
|
| TR01 | Transfer of patent right |