CN107022711A - 一种Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107022711A
CN107022711A CN201710277360.XA CN201710277360A CN107022711A CN 107022711 A CN107022711 A CN 107022711A CN 201710277360 A CN201710277360 A CN 201710277360A CN 107022711 A CN107022711 A CN 107022711A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stainless steel
composite materials
powder
gradient
preparation
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.)
Pending
Application number
CN201710277360.XA
Other languages
English (en)
Inventor
江勇
贺涔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central South University
Original Assignee
Central South University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central South University filed Critical Central South University
Priority to CN201710277360.XA priority Critical patent/CN107022711A/zh
Publication of CN107022711A publication Critical patent/CN107022711A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C22C1/051—Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides; Preparation of the powder mixture used as the starting material therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/005—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides comprising a particular metallic binder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/12—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/001—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides
    • C22C32/0015—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides with only single oxides as main non-metallic constituents
    • C22C32/0026—Matrix based on Ni, Co, Cr or alloys thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B22F2003/145—Both compacting and sintering simultaneously by warm compacting, below debindering temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C2204/00—End product comprising different layers, coatings or parts of cermet

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明涉及一种Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料及其制备方法，其中制备方法包括按体积百分比配制数份不同百分比的Y2Ti2O7和不锈钢混合的梯度层混合粉末料；在模具内按梯度依次均匀铺叠纯Y2Ti2O7粉末、数份所述梯度层混合粉末料、纯不锈钢粉末；然后对上述模具内的物料进行真空热压烧结，得到功能梯度复合材料。本发明制备的功能梯度材料解决了Y2Ti2O7陶瓷和不锈钢两相由于热膨胀系数不匹配的问题，有效的结合了Y2Ti2O7陶瓷的耐热性能和不锈钢良好的力学性能。

Description

一种Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，具体说是一种Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料及其制备方法。
背景技术
Y2Ti2O7是一种焦绿石型结构（A2B2O7）的复杂氧化物陶瓷，具有优良的高温化学稳定性、耐金属熔体腐蚀能力、较高的硬度以及较低的热导率。因此在坩埚材料和热障涂层领域存在潜在的应用。而不锈钢由于其具有良好的力学性能和腐蚀性能而广泛应用，但仍然存在高温力学性能不足的问题。而将Y2Ti2O7与不锈钢连接到一起能够有效的实现应该具有广泛的用途，陶瓷层一侧具有良好的耐腐蚀性能和热障性能，而不锈钢具有良好的力学性能和导热性能。如今，加入金属层的涂层技术来连接陶瓷与金属已经广泛应用。但是由于金属与陶瓷之间的热膨胀系数相差较大，在制备涂层过程中以及服役过程中温度剧烈变化时，金属和陶瓷的界面产生较大的热应力，从而导致涂层产生裂纹或者剥离而失效，严重影响其质量。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料，以解决Y2Ti2O7与不锈钢之间热应力不匹配的问题。
本发明采用的技术方案为：一种 Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料，其由纯Y2Ti2O7层、Y2Ti2O7和不锈钢混合的数层梯度层、纯不锈钢层依次复合而成，其中所述梯度层、纯Y2Ti2O7层和纯不锈钢层可根据需要制备不同的厚度。
本发明的功能梯度复合材料的各梯度层的成分轴向非对称，一侧具有Y2Ti2O7良好的热障性能，一侧具有不锈钢的良好的力学性能，其热膨胀系数以及力学性能成梯度变化，有效地结合了Y2Ti2O7与不锈钢两相各自优异的性能。且本发明的功能梯度复合材料的两侧之间的成分呈连续变化，能有效的消除宏观界面，从而缓解由于温度变化而引起的热应力，有效解决由于残余应力造成的热应力不匹配的问题。
本发明还提供一种Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
（a）按体积百分比配制数份不同百分比的Y2Ti2O7和不锈钢混合的梯度层混合粉末料；
（b）在模具内按梯度依次均匀铺叠纯Y2Ti2O7粉末、数份所述梯度层混合粉末料、纯不锈钢粉末；
（c）然后对上述模具内的物料进行真空热压烧结，得到功能梯度复合材料。
作为优选，还包括按体积百分比将不锈钢粉末和Y2Ti2O7粉末放入球磨罐进行球磨湿混混料，然后采用干燥箱干燥，得到所述梯度层混合粉末料。
作为优选，在数份所述梯度层混合粉末料中，Y2Ti2O7粉末的体积百分比在梯度层内从0-100%之间呈梯度变化，不锈钢粉末的体积百分比相应地在100%-0之间呈反方向梯度变化。
作为优选，所述球磨罐的转速为300r/min，球料比为3:1，混料时间为8h。
作为优选，所述干燥箱采用真空干燥箱，干燥温度为75-85℃，干燥时间为9-11h。
作为优选，热压烧结时，压力为30MPa，温度为1200℃，热压保温时间为2h。
作为优选，热压烧结过程中升温速度和降温速度都为10℃/min。
作为优选，所述Y2Ti2O7粉末的粒径在0.4-15μm之间，不锈钢粉末的粒径在1-16.5μm之间。
从以上技术方案可知，本发明利用粉末冶金的方法制备出Y2Ti2O7陶瓷和不锈钢功能梯度复合材料，粉末冶金法具有易于控制功能梯度复合材料的成分、显微结构等优点，因而更有利于制备优质的功能梯度复合材料。
附图说明
图1是本发明的复合材料横截面的微观组织图。
图2是本发明的复合材料横截面元素分布图。
图3是本发明的复合材料热膨胀系数随成分的变化图。
图4是本发明的复合材料抗弯强度随成分的变化图。
具体实施方式
下面将结合附图详细说明本发明，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。
特别说明，本发明以316L不锈钢为例，各梯度层中316L不锈钢和Y2Ti2O7的体积百分含量如表1所示（图中仅展示出部分百分含量数据）：
表1 实施案例1中各梯度层的成分表
原料 第1层 第2层 第3层 第4层 第5层 第6层
316L 0vol% 20vol% 40vol% 60vol% 80vol% 100vol%
Y2Ti2O7 100vol% 80vol% 60vol% 40vol% 20vol% 0vol%
以下以上述6个梯度层为例，详细说明书本发明：
按照表1的体积百分比称取316L不锈钢粉末和Y2Ti2O7粉末，然后装入不锈钢球磨罐中，加入不锈钢球和一定量的酒精球磨混合8h，再在真空干燥箱中干燥10h，得到各梯度层混合粉末料，接着按照梯度层每层1-2mm之间的厚度计算各梯度层的质量，再按照纯Y2Ti2O陶瓷层粉末，各梯度层混合粉末料，纯不锈钢层粉末的顺序依次均匀的铺叠于φ42的石墨热压模内，然后在真空条件下热压，热压温度为1200℃左右，保温保压2h，得到直径为42mm，整体厚度为7mm的功能梯度材料。功能梯度复合材料的横截面微观组织为如图1所示，横截面的元素分布如图2所示。从图1中可以看出功能梯度复合材料的显微组织逐渐从纯Y2Ti2O7陶瓷层，Y2Ti2O7/316L不锈钢复合材料梯度层过渡到纯不锈钢层，各梯度层之间无明显的界面且个梯度层内两相分布均匀，没有裂纹和大的孔洞。从图2中两种特征元素的分布也可以看出，功能梯度复合材料的成分呈梯度分布。同时对功能梯度材料各梯度层的热膨胀系数和抗弯强度进行测试。各梯度层的热膨胀系数和抗弯强度如图3和图4所示，各梯度层的热膨胀系数从11.5×10-6 增加到20.2×10-6，抗弯强度从155.7MPa增加到1142.0MPa。
本发明的功能梯度复合材料的成分从纯100%Y2Ti2O7、0%的不锈钢随着梯度层的变化，使Y2Ti2O7含量逐渐减少而不锈钢含量逐渐增加，直至Y2Ti2O7含量减少为0而不锈钢含量为100%；相应地，整个功能梯度复合材料的组织在层间连续变化，实现了层间组织的成分过渡，从而消除了界面上的应力失配。此外根据复合材料法则，复合材料的性能与两相的性能相关，特别是热膨胀系数随成分梯度变化而成梯度变化，有利于缓解制备过程和服役过程中的热应力，从而能有效的解决Y2Ti2O7陶瓷与不锈钢两相热应力不匹配的问题。
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 (9)

1.一种 Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料，其由纯Y2Ti2O7层、Y2Ti2O7和不锈钢混合的数层梯度层、纯不锈钢层依次复合而成。
2.一种权利要求1所述Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
（a）按体积百分比配制数份不同百分比的Y2Ti2O7和不锈钢混合的梯度层混合粉末料；
（b）在模具内按梯度依次均匀铺叠纯Y2Ti2O7粉末、数份所述梯度层混合粉末料、纯不锈钢粉末；
（c）然后对上述模具内的物料进行真空热压烧结，得到功能梯度复合材料。
3.根据权利要求2所述Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料的制备方法，其特征在于：还包括按体积百分比将不锈钢粉末和Y2Ti2O7粉末放入球磨罐进行球磨湿混混料，然后采用干燥箱干燥，得到所述梯度层混合粉末料。
4.根据权利要求3所述Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料的制备方法，其特征在于：在数份所述梯度层混合粉末料中，Y2Ti2O7粉末的体积百分比在梯度层内从0-100%之间呈梯度变化，不锈钢粉末的体积百分比相应地在100%-0之间呈反方向梯度变化。
5.根据权利要求3或4所述Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料的制备方法，其特征在于：所述球磨罐的转速为300r/min，球料比为3:1，混料时间为8h。
6.根据权利要求3或4所述Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料的制备方法，其特征在于：所述干燥箱采用真空干燥箱，干燥温度为75-85℃，干燥时间为9-11h。
7.根据权利要求2所述Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料的制备方法，其特征在于：热压烧结时，压力为30MPa，温度为1200℃，热压保温时间为2h。
8.根据权利要求7所述Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料的制方法，其特征在于：热压烧结过程中升温速度和降温速度都为10℃/min。
9.根据权利要求2所述Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料的制备方法，其特征在于：所述Y2Ti2O7粉末的粒径在0.4-15μm之间，不锈钢粉末的粒径在1-16.5μm之间。
CN201710277360.XA 2017-04-26 2017-04-26 一种Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料及其制备方法 Pending CN107022711A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710277360.XA CN107022711A (zh) 2017-04-26 2017-04-26 一种Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710277360.XA CN107022711A (zh) 2017-04-26 2017-04-26 一种Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107022711A true CN107022711A (zh) 2017-08-08

Family

ID=59527982

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710277360.XA Pending CN107022711A (zh) 2017-04-26 2017-04-26 一种Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107022711A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112941367A (zh) * 2021-01-28 2021-06-11 中南大学 一种纳米氧化物弥散增强耐热锆合金及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1173409A (zh) * 1997-06-09 1998-02-18 北京科技大学 共沉降法制备不锈钢/氧化锆连续梯度功能材料
CN100528421C (zh) * 2007-01-19 2009-08-19 宁波工程学院 一种二硅化钼与不锈钢的连接方法
CN102199033A (zh) * 2010-03-26 2011-09-28 迪亚摩弗股份公司 功能梯度材料形状及该形状的制造方法
CN104946914A (zh) * 2015-06-05 2015-09-30 株洲西迪硬质合金科技有限公司 一种金属基功能梯度复合材料的成型方法
CN106270532A (zh) * 2016-09-27 2017-01-04 哈尔滨工业大学 氧化钇‑钨梯度材料及其制备方法和在制造合金熔炼用坩埚中的应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1173409A (zh) * 1997-06-09 1998-02-18 北京科技大学 共沉降法制备不锈钢/氧化锆连续梯度功能材料
CN100528421C (zh) * 2007-01-19 2009-08-19 宁波工程学院 一种二硅化钼与不锈钢的连接方法
CN102199033A (zh) * 2010-03-26 2011-09-28 迪亚摩弗股份公司 功能梯度材料形状及该形状的制造方法
CN104946914A (zh) * 2015-06-05 2015-09-30 株洲西迪硬质合金科技有限公司 一种金属基功能梯度复合材料的成型方法
CN106270532A (zh) * 2016-09-27 2017-01-04 哈尔滨工业大学 氧化钇‑钨梯度材料及其制备方法和在制造合金熔炼用坩埚中的应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈光、崔崇等: "《新材料概论》", 30 April 2013, 国防工业出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112941367A (zh) * 2021-01-28 2021-06-11 中南大学 一种纳米氧化物弥散增强耐热锆合金及其制备方法
CN112941367B (zh) * 2021-01-28 2022-07-29 中南大学 一种纳米氧化物弥散增强耐热锆合金及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106478105B (zh) 一种多步反应烧结法制备低残硅的碳化硅陶瓷材料的方法
CN107353025B (zh) 一种耐1200℃抗氧化的陶瓷基复合材料的制备方法
CN105646007B (zh) 一种碳/碳复合材料表面中低温长时间抗氧化涂层的制备方法
CN109972015B (zh) Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料及其制备方法
CN103924144B (zh) 一种无粘结相超细wc硬质合金制备方法
CN102910927B (zh) 一种自愈合碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法
CN108585897B (zh) 一种难熔金属高温抗氧化Si-Mo-YSZ涂层及其制备方法
CN104264148B (zh) 一种钛合金表面真空钎涂金属陶瓷复合涂层的方法
CN106735249A (zh) 一种铌基复合材料及制备方法
CN107082651A (zh) 一种碳化硅涂层及其制备方法
CN106083065A (zh) 一种高性能Si3N4‑TiC0.5N0.5复合梯度陶瓷刀具材料及其制备方法
CN105274413B (zh) 一种Nb‑Si‑Ti‑B‑Al‑Cr复合材料及其制备方法
CN109881072A (zh) 一种硬质合金密封环及其制备方法
CN107937792A (zh) 一种梯度复合陶瓷刀具材料及其制备方法
CN113846277A (zh) 一种TiB晶须增强钛基复合材料的制备方法
CN104139572A (zh) 一种炭/陶-石墨复合材料制备工艺及其制品
CN104342619A (zh) 钼靶材的制作方法
CN101734920B (zh) 一种氮化钛多孔陶瓷及其制备方法
CN107022711A (zh) 一种Y2Ti2O7/不锈钢功能梯度复合材料及其制备方法
CN109763047A (zh) 一种高强度的Mo-Ti-Zr-CNT钼合金复合材料及其制备方法
CN115894085B (zh) 一种复合陶瓷涂层材料及其制备方法和应用
CN109650891B (zh) 一种碳基贯穿型碳陶复合材料及其制备方法
CN112110743A (zh) 一种制备碳/碳陶复合材料刹车盘的cvi、pip和rmi联合工艺
CN115124360B (zh) 一种碳纤维增韧陶瓷材料及其制备方法
CN103981398B (zh) 一种高性能金属陶瓷覆层材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170808