CN104911430A

CN104911430A - 一种低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN104911430A
Application number: CN201510330785.3A
Authority: CN
Inventors: 叶惠明; 叶少良; 诸优明
Original assignee: HEYUAN ZHENGXIN CEMENTED CARBIDE CO Ltd
Current assignee: HEYUAN ZHENGXIN CEMENTED CARBIDE CO Ltd
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2035-06-15
Also published as: CN104911430B

Abstract

本发明公开了低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料及其制备方法，金属陶瓷复合材料由质量百分比为35～70％的陶瓷和粘接剂合金组成，其中所述粘接剂合金组成为锰、硅、铬、镍、磷、硫、胶体石墨粉、钼、稀土元素以及铁。本发明提供的低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料具有较高的力学性能，同时粘结钢基体可以有效的改善复合材料在大气、水及一些水溶液等环境中的防锈性能。

Description

一种低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

钢基体金属陶瓷是一种以陶瓷相和以钢为粘结剂的复合材料，广泛应用于航天，航空以及其他领域。其中硬质相均匀的分布在基体中，能增强基体材料；同时粘结剂合金能通过适当的后期热处理使得材料具有较好的加工性能，得到不同的性能从而适应不同领域的应用。但是当普通钢基钢基体金属陶瓷应用于某些特殊环境中，如大气、水及一些溶液等环境中，会使得材料的性能遭到破坏，材料原有的性能得不到较好的发挥，造成资源的浪费以及使应用领域变窄。

发明内容

本发明是针对现有的钢基体金属陶瓷复合材料在大气、水及溶液等环境中存在防锈性能不足的情况下，提供一种低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料及其制备方法，以节约资源以及拓宽复合材料的应用领域，为实现上述目的本发明的具体方案如下：

一种低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料，由质量百分比为35～70％的陶瓷和粘接剂合金组成，其中所述粘接剂合金组成为锰、硅、铬、镍、磷、硫、碳、钼、稀土元素以及铁。

优选的，所述陶瓷由碳化钨、碳化钛、碳化铌和碳化钒组成。

优选的，所述粘接剂合金组成按质量百分比为：

锰：0.8～1.0％，硅：0.8～1.00％，铬：12～14％，镍：0.8～1.0％，磷≤0.04％，硫≤0.03％，碳：0.5～0.6％，钼≤5％，稀土元素≤0.5％，铁为余量。

优选的，所述粘接剂合金质量百分比为40～65％。

一种低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照质量百分比，称量粒径5-30μm的钨粉、粒径30～150μm的钛粉末、粒径5-30μm的铌粉、粒径5-30μm的钒粉、粒径30～80nm的胶体石墨和粒径≤300目的粘结剂；

2)将上述粉末按照球料比4：1-10：1进行混料研磨，过程控制剂和粉料的配比为500～800ml/Kg，球磨时间10-24h，获得混合料；

3)球磨完的混合料用在真空条件下进行干燥，干燥的混合粉用筛子进行筛分、掺胶，将掺胶的混合粉再次进行筛分，然后在250～500MPa下进行压坯；

4)压坯进行烧结，经过后期热处理得到防锈性好的金属陶瓷复合材料。

优选的，还包括步骤5)在温度35℃、相对湿度为100％的空气中进行裸露实验。

优选的，还包括步骤5)在温度35℃，含有质量百分比为3.5％的NaCl溶液中进行浸泡。

优选的，以橡胶汽油或者石蜡为胶体进行掺胶。

优选的，所述过程控制剂为酒精。

优选的，所述压坯的烧结温度为1300～1430℃。

本发明提供的低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料具有较高的力学性能，同时粘结钢基体可以有效的改善复合材料在大气、水及一些水溶液等环境中的防锈性能。

具体实施方式

下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

按照质量百分比，称量粒径为30μm的W粉、粒径30μm的铌粉、粒径30μm的钒粉、150μm的Ti粉末、70nm的胶体石墨，其中陶瓷相占复合材料的质量分数为70％；～300目的钢基合金粉：Mn：1.00％，Si：1.00％，Cr：14％，Ni：0.75％，C：0.3％，Mo：5％，稀土元素：0.5％，余量是Fe。将配好的粉末放入行星球磨机中进行混料研磨24小时，其中球料比为8:1、以酒精为过程控制剂，控制剂和粉料的配比为500ml/Kg；球磨后的粉用水蒸气在真空下干燥，将干燥的粉过筛，过筛后进行掺胶、干燥、过筛，最后在250Mpa下进行压制、1430℃、10MPa下进行低压烧结，经过后期热处理得到一种防锈钢基体金属陶瓷。抛光样品在35℃、相对湿度为100％的空气中，裸露300h，平均腐蚀速率≤0.01％g·m^-2·h^-1；在35℃在含有3.5wt％的NaCl溶液中浸泡24h平均腐蚀速率≤0.07g·m^-2·h^-1。

实施例2：

按照质量百分比，称量粒径为20μm的W粉、粒径20μm的铌粉、粒径20μm的钒粉48μm的Ti粉末、40nm的胶体石墨，其中陶瓷相占复合材料的质量分数为60％；～300目的钢基合金粉：Mn：0.9％，Si：0.9％，Cr：13％，Ni：0.6％，C：0.4％，Mo：4％，稀土元素：0.4％，余量是Fe。将配好的粉末放入行星球磨机中进行混料研磨12小时，其中球料比为10:1、以酒精为过程控制剂，控制剂和粉料的配比为600ml/Kg；球磨后的粉用水蒸气在真空下干燥，将干燥的粉过筛，过筛后进行掺胶、干燥、过筛，最后在500Mpa下进行压制、1400℃、10MPa下进行低压烧结，经过后期热处理得到一种防锈钢基体金属陶瓷。抛光样品在35℃、相对湿度为100％的空气中，裸露300h，平均腐蚀速率≤0.01％g·m^-2·h^-1；在35℃在含有3.5wt％的NaCl溶液中浸泡24h平均腐蚀速率≤0.06g·m^-2·h^-1。

实施例3：

按照质量百分比，称量粒径为10μm的W粉、10μm的铌粉、10μm的钒粉、100μm的Ti粉末、50nm的胶体石墨，其中陶瓷相占复合材料的质量分数为45％；～300目的钢基合金粉：Mn：1.00％，Si：1.00％，Cr：13％，Ni：0.7％，C：0.4％，Mo：3％，稀土元素：0.2％，余量是Fe。将配好的粉末放入行星球磨机中进行混料研磨4小时，其中球料比为8:1、以酒精为过程控制剂，控制剂和粉料的配比为800ml/Kg；球磨后的粉用水蒸气在真空下干燥，将干燥的粉过筛，过筛后进行掺胶、干燥、过筛，最后在300Mpa下进行压制、1350℃、6MPa下进行低压烧结，经过后期热处理得到一种防锈钢基体金属陶瓷。抛光样品在35℃、相对湿度为100％的空气中，裸露300h，平均腐蚀速率≤0.01％g·m^-2·h^-1；在35℃在含有3.5wt％的NaCl溶液中浸泡24h平均腐蚀速率≤0.05g·m^-2·h^-1。

实施例4：

按照质量百分比，称量粒径为30μm的W粉、粒径30μm的铌粉、粒径30μm的钒粉150μm的Ti粉末、60nm的胶体石墨，其中陶瓷相占复合材料的质量分数为35％；～300目的钢基合金粉：Mn：0.8％，Si：0.8％，Cr：13％，Ni：0.5％，C：0.3％，Mo：2％，稀土元素：0.5％，余量是Fe。将配好的粉末放入行星球磨机中进行混料研磨24小时，其中球料比为4:1、以酒精为过程控制剂，控制剂和粉料的配比为600ml/Kg；球磨后的粉用水蒸气在真空下干燥，将干燥的粉过筛，过筛后进行掺胶、干燥、过筛，最后在400Mpa下进行压制、1300℃、6MPa下进行低压烧结，经过后期热处理得到一种防锈钢基体金属陶瓷。抛光样品在35℃、相对湿度为100％的空气中，裸露300h，平均腐蚀速率≤0.01％g·m^-2·h^-1；在35℃在含有3.5wt％的NaCl溶液中浸泡24h平均腐蚀速率≤0.06g·m^-2·h^-1。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料，其特征在于：

由质量百分比为35～70％的陶瓷和粘接剂合金组成，其中所述粘接剂合金组成为锰、硅、铬、镍、磷、硫、胶体石墨粉、钼、稀土元素以及铁。

2.如权利要求1所述的低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料，其特征在于：所述陶瓷由碳化钨、碳化钛、碳化铌和碳化钒组成。

3.如权利要求1所述的低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料，其特征在于：所述粘接剂合金组成按质量百分比为锰：0.8～1.0％，硅：0.8～1.00％，铬：12～14％，镍：0.8～1.0％，磷≤0.04％，硫≤0.03％，碳：0.5～0.6％，钼≤5％，稀土元素≤0.5％，铁为余量。

4.如权利要求3所述的低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料，其特征在于：所述粘接剂合金质量百分比为40～65％。

5.一种低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)按照质量百分比，称量粒径5-30μm的钨粉、粒径30～150μm的钛粉末、粒径5-30μm的铌粉、粒径5-30μm的钒粉、粒径30～80nm的胶体石墨和粒径≤300目的粘结剂原料粉；

6.如权利要求5所述的低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料制备方法，其特征在于：还包括步骤5)在温度35℃、相对湿度为100％的空气中进行裸露实验。

7.如权利要求5所述的低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料制备方法，其特征在于：还包括步骤5)在温度35℃，含有质量百分比为3.5％的NaCl溶液中进行浸泡。

8.如权利要求5所述的低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料制备方法，其特征在于：以橡胶汽油或者石蜡为胶体进行掺胶。

9.如权利要求5所述的低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料制备方法，其特征在于：所述过程控制剂为酒精。

10.如权利要求5所述的低压原位合成防锈金属陶瓷复合材料制备方法，其特征在于：所述压坯的烧结温度为1300～1430℃。