CN105906345A - 一种具有TiB2表层的AlMgB14-TiB2超硬复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种具有TiB2表层的AlMgB14-TiB2超硬复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有TiB2表层的AlMgB14‑TiB2超硬复合材料的制备方法，具体步骤如下：在下石墨电极和上石墨电极之间依次铺设一层AlMgB14粉体和一层TiB2粉体，采用放电等离子烧结。本发明制备的复合材料硬度达到25‑30GPa，抗弯强度2000‑2100MPa，500℃高温时具有优良的抗氧化性能，表面摩擦系数0.2‑0.3。

Description

一种具有TiB2表层的AlMgB14-TiB2超硬复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及特种陶瓷材料制备的技术领域，特别涉及一种具有TiB2表层的AlMgB14-TiB2超硬复合材料及其制备方法。
背景技术
近年来发展起来的一类新型AlMgB14金属陶瓷材料具有超高硬度和抗磨性能及其良好的化学稳定性，可适用于军事装备和在极端力学条件下的机械装备及刀具。
但由于AlMgB14金属陶瓷材料的高温抗氧化性能较低，限制了其应用范围。为了提高该复合材料的在高温磨蚀工况条件下的服役寿命，必需提高其表面抗磨蚀性能，同时保持其超高硬度的特性。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有TiB2表层的AlMgB14-TiB2超硬复合材料的制备方法。
一种具有TiB2表层的AlMgB14-TiB2超硬复合材料的制备方法，具体步骤如下：
在石墨模具内，下石墨电极和上石墨电极之间由下到上依次铺设一层AlMgB14粉体和一层TiB2粉体，其中，所述AlMgB14层的厚度为2-10mm，所述TiB2层的厚度为0.5-1.0mm；所述AlMgB14和TiB2的颗粒尺寸为100-150μm；采用放电等离子烧结，烧结是在真空度10-3～10-4Pa条件下进行的，放电等离子烧结条件是：电流I＝1000-1500A，脉冲频率20-50Hz，通电时间t＝10-15min，压力P＝50-70MPa；当温度值达到1400-1500℃后保持5-10min，之后将电流缓慢减小至零，温度冷却至室温。
本发明的有益效果：
本发明利用TiB2与AlMgB14的物理化学性质相似，热膨胀系数相近，二者具有良好的亲和性的优点。在烧结过程AlMgB14和TiB2陶瓷颗粒的连接界面具有较好的化合及润湿性，形成AlMgB14-TiB2过渡层(图2)保证相间界面的良好结合。界面粉体在瞬间强脉冲电场的作用下快速产生的反应热使结合界面区加热和局部熔化，形成元素互扩散和化合，在压力的辅助作用下快速形成固相烧结。TiB2具有高硬度、高温化学稳定性和减摩性等优点，使AlMgB14-TiB2复合材料不但具有超高硬度，且其强韧性和抗磨蚀性能得到显著提高。本发明的复合材料硬度达到25-30GPa，抗弯强度2000-2100MPa，500℃高温时具有优良的抗氧化性能，表面摩擦系数0.2-0.3。
附图说明：
图1为本发明超硬复合材料制备方法的原理图；
其中：1、AlMgB14层 2、TiB2层 3、石墨模具 4、下石墨电极 5、上石墨电极 6、下压头 7、上压头；
图2为超硬复合材料示意图；
其中：1、AlMgB14层 8、AlMgB14-TiB2层 2、TiB2层
图3为实施例2所得的复合材料金相照片。
其中：1、AlMgB14层 8、AlMgB14-TiB2层 2、TiB2层。
具体实施方式
实施例1
在下石墨电极和上石墨电极之间依次铺设一层AlMgB14粉体和一层TiB2粉体，其中，所述AlMgB14层的厚度为2mm，所述TiB2层的厚度为0.3mm；所述AlMgB14和TiB2的颗粒尺寸为120μm；采用放电等离子烧结，烧结是在真空度10-3Pa条件下进行的，放电等离子烧结条件是：电流I＝1000A，脉冲频率50Hz，通电时间t＝10min，压力P＝50MPa；当温度值达到1400℃后保持5min，之后将电流缓慢减小至零，温度冷却至室温。
制备的复合材料硬度为25GPa，抗弯强度2000MPa，500℃高温时具有优良的抗氧化性能，表面摩擦系数0.21。
实施例2
在下石墨电极和上石墨电极之间依次铺设一层AlMgB14粉体和一层TiB2粉体，其中，所述AlMgB14层的厚度为5mm，所述TiB2层的厚度为0.4mm；所述AlMgB14和TiB2的颗粒尺寸为120μm；采用放电等离子烧结，烧结是在真空度10-3Pa条件下进行的，放电等离子烧结条件是：电流I＝1200A，脉冲频率50Hz，通电时间t＝15min，压力P＝60MPa；当温度值达到1400℃后保持8min，之后将电流缓慢减小至零，温度冷却至室温。
制备的复合材料硬度为28GPa，抗弯强度2100MPa，500℃高温时具有优良的抗氧化性能，表面摩擦系数0.23。
实施例3
在下石墨电极和上石墨电极之间依次铺设一层AlMgB14粉体和一层TiB2粉体，其中，所述AlMgB14层的厚度为8mm，所述TiB2层的厚度为0.5mm；所述AlMgB14和TiB2的颗粒尺寸为100μm；采用放电等离子烧结，烧结是在真空度10-4Pa条件下进行的，放电等离子烧结条件是：电流I＝1300A，脉冲频率40Hz，通电时间t＝15min，压力P＝60MPa；当温度值达到1500℃后保持8min，之后将电流缓慢减小至零，温度冷却至室温。
制备的复合材料硬度为30GPa，抗弯强度2100MPa，500℃高温时具有优良的抗氧化性能，表面摩擦系数0.25。
实施例4
在下石墨电极和上石墨电极之间依次铺设一层AlMgB14粉体和一层TiB2粉体，其中，所述AlMgB14层的厚度为10mm，所述TiB2层的厚度为0.5mm；所述AlMgB14和TiB2的颗粒尺寸为100μm；采用放电等离子烧结，烧结是在真空度10-4Pa条件下进行的，放电等离子烧结条件是：电流I＝1500A，脉冲频率50Hz，通电时间t＝15min，压力P＝70MPa；当温度值达到1500℃后保持10min，之后将电流缓慢减小至零，温度冷却至室温。
制备的复合材料硬度为27GPa，抗弯强度2100MPa，500℃高温时具有优良的抗氧化性能，表面摩擦系数0.22。
上述实施方案为本发明最佳的实施方案，但本发明的实施方案并不受上述实施方案的限制，其他的任何不违背本发明原理的条件下，可以通过改变参数的形式所产生的实施例，都包含于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有TiB2表层的AlMgB14-TiB2超硬复合材料，其特征在于，由一层AlMgB14粉体和一层TiB2粉体通过放电等离子烧结而成。
2.根据权利要求1所述的具有TiB2表层的AlMgB14-TiB2超硬复合材料，其特征在于，烧结条件是：电流I＝1000-1500A，脉冲频率20-50Hz，通电时间t＝10-15min，压力P＝50-70MPa。
3.根据权利要求1或2所述的具有TiB2表层的AlMgB14-TiB2超硬复合材料，其特征在于，烧结是在真空度10-3～10-4Pa条件下进行的。
4.根据权利要求3所述的具有TiB2表层的AlMgB14-TiB2超硬复合材料，其特征在于，烧结温度为1400-1500℃，维持5-10min。
5.根据权利要求4所述的具有TiB2表层的AlMgB14-TiB2超硬复合材料，其特征在于，所述AlMgB14层的厚度为2-10mm，所述TiB2层的厚度为0.3-0.5mm；烧结过程在AlMgB14与TiB2之间形成AlMgB14-TiB2复合过渡层，厚度为0.1-0.3mm。
6.根据权利要求5所述的具有TiB2表层的AlMgB14-TiB2超硬复合材料，其特征在于，所述AlMgB14和TiB2的颗粒尺寸为100-150μm。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的具有TiB2表层的AlMgB14-TiB2超硬复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
在石墨模具内，下石墨电极和上石墨电极之间由下到上依次铺设一层AlMgB14粉体和一层TiB2粉体，其中，所述AlMgB14层的厚度为2-10mm，所述TiB2层的厚度为0.5-1.0mm；所述AlMgB14和TiB2的颗粒尺寸为100-150μm；采用放电等离子烧结，烧结是在真空度10-3～10-4Pa条件下进行的，放电等离子烧结条件是：电流I＝1000-1500A，脉冲频率20-50Hz，通电时间t＝10-15min，压力P＝50-70MPa；当温度值达到1400-1500℃后保持5-10min，之后将电流缓慢减小至零，温度冷却至室温。
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