CN107177771A - 一种高强度复合金属材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高强度复合金属材料的制备方法，包括以下步骤：一、将钢材混合熔炼，待刚才完全熔化后加入金属碳化物和金属氮化物，混炼3‑5h后得到材料一；二、向材料一中加入铝粉、三氧化二铁粉和氧化锌粉的混合粉末，混炼后导入成型槽内，冷却至常温，得到材料二；三、将材料二转入坩埚内，再在其上放置铝热剂压块，然后将坩埚置入超重力燃烧装置内燃烧，得到材料三；四、将材料三置于保护性气体中，加热熔化，形成浆液，再进行浇筑，即可得到复合金属材料。本发明复合金属材料不仅适用于恶劣环境中的操作工艺，还能用于航天航空等高端技术领域，应用范围十分广泛。

Description

一种高强度复合金属材料的制备方法
技术领域
本发明属于金属材料制备技术领域，具体涉及一种高强度复合金属材料的制备方法。
背景技术
金属的腐蚀类型分为干腐蚀和湿腐蚀两种。干腐蚀指在无液态水存在下的干气体中的腐蚀，主要发生在高温操作时；湿腐蚀是指在有水存在的情况下发生的腐蚀，由于大气中普遍含有水，且在化工生产中也经常处理各种水溶液，因此湿腐蚀比干腐蚀更常见。
我国大部分地区特别是北方地区水资源相对稀缺，随着经济的发展和人民生活水平的提高，工农业及生活用水的需求量逐年增加，水资源的开发利用变得越来越重要。在我国的水资源中，地下水是一种十分宝贵的资源，因具有分布广、水质好、不易污染等特点，正被越来越广泛地开发和应用。但由于自然界本身岩质状况地下水中含铁量很高，在使用过程中常会腐蚀金属表面，随着循环冷却水技术的发展及反渗透应用的越来越广泛，金属钢材等的锈蚀问题日益突出，全世界每年由于腐蚀而报废的金属材料和设备的重量约为金属年产量的20份以上，对金属制品采取各种防腐措施前除锈是首要的工艺步骤。目前，除锈方法主要有机械法、化学法两大类，机械法是由人工敲铲、打磨，缺点是劳动强度大、效率低、粉尘污染严重，锈垢难以清除干净，化学法具有效果好、效率高、工艺操作简单成本低等优点；但常规的化学处理除锈剂都是酸性的，在清洗去除铁锈的同时，也会对金属表面造成溶蚀，引起新的腐蚀，因此，在使用常规酸性除锈剂时，一般还需要同时配合缓蚀剂使用，不仅使用操作麻烦，而且增加成本，并且除锈后清洗液的排放也会造成环境污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度复合金属材料的制备方法，
本发明提供了如下的技术方案：
一种高强度复合金属材料的制备方法，包括以下步骤：
一、将钢材混合熔炼，温度为1800-2200℃，待刚才完全熔化后加入金属碳化物和金属氮化物，混炼3-5h后得到材料一；
二、向材料一中加入铝粉、三氧化二铁粉和氧化锌粉的混合粉末，将温度升至2400-2500℃，混炼2-3h后，导入成型槽内，冷却至常温，得到材料二；
三、将材料二转入坩埚内，再在其上放置铝热剂压块，然后将坩埚置入超重力燃烧装置内燃烧，超重力燃烧装置的真空度2-5Pa，转速为1800-2000r/min，铝热剂压块引燃电流12-15A，燃烧时间50-60min，得到材料三；
四、将材料三置于保护性气体中，加热熔化，形成浆液，再进行浇筑，即可得到复合金属材料。
优选的，所述步骤一的钢材包括哈德菲尔高锰钢、奥氏体锰钢、双相体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢中的任一种或多种的组合。
优选的，所述步骤一的金属碳化物和金属氮化物粒径为200-400微米。
优选的，所述步骤二的混合粉末在球磨机内加入溶剂混合并研磨5-8h。
优选的，所述溶剂为无水乙醇、丙酮或无水乙醇与丙酮的混合物。
优选的，所述混合粉末中铝粉、三氧化二铁粉和氧化锌粉的混合摩尔比为4:1:3。
优选的，所述步骤四加热过程中加入Si、Ni、Mn、Ni、Ti、Zr、Sn和Cr。
优选的，所述步骤四的保护性气体为氮气、氩气和氦气中的任一种或多种的组合。
本发明的有益效果是：
本发明中，Si、Ni和Mn的结合能够提高金属材料的耐磨性和韧性，各种金属的组合还能提高强度、硬度、淬透性，提高其抗干腐蚀性，改善加工性能。
本发明加入了部分稀土元素，能够脱去主体金属中的有害元素，起到净化金属液的作用，控制金属材料的微结构形态，细化晶粒，强化表面张力，显著提高金属材料的抗干、湿腐蚀性。
本发明操作简单，工序合理，合成效率高，所制备的复合金属材料硬度高，强度大，是一种性能优异的复合金属材料，应用前景广泛。
具体实施方式
实施例1
一种高强度复合金属材料的制备方法，包括以下步骤：
一、将钢材混合熔炼，温度为2200℃，待刚才完全熔化后加入金属碳化物和金属氮化物，混炼3h后得到材料一；
二、向材料一中加入铝粉、三氧化二铁粉和氧化锌粉的混合粉末，将温度升至2500℃，混炼3h后，导入成型槽内，冷却至常温，得到材料二；
三、将材料二转入坩埚内，再在其上放置铝热剂压块，然后将坩埚置入超重力燃烧装置内燃烧，超重力燃烧装置的真空度5Pa，转速为2000r/min，铝热剂压块引燃电流12A，燃烧时间60min，得到材料三；
四、将材料三置于保护性气体中，加热熔化，形成浆液，再进行浇筑，即可得到复合金属材料。
步骤一的钢材包括哈德菲尔高锰钢、奥氏体锰钢、双相体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢的组合。
步骤一的金属碳化物和金属氮化物粒径为400微米。
步骤二的混合粉末在球磨机内加入溶剂混合并研磨8h。
溶剂为无水乙醇与丙酮的混合物。
混合粉末中铝粉、三氧化二铁粉和氧化锌粉的混合摩尔比为4:1:3。
步骤四加热过程中加入Si、Ni、Mn、Ni、Ti、Zr、Sn和Cr。
步骤四的保护性气体为氮气、氩气和氦气的组合。
实施例2
一种高强度复合金属材料的制备方法，包括以下步骤：
一、将钢材混合熔炼，温度为2200℃，待刚才完全熔化后加入金属碳化物和金属氮化物，混炼5h后得到材料一；
二、向材料一中加入铝粉、三氧化二铁粉和氧化锌粉的混合粉末，将温度升至2500℃，混炼3h后，导入成型槽内，冷却至常温，得到材料二；
三、将材料二转入坩埚内，再在其上放置铝热剂压块，然后将坩埚置入超重力燃烧装置内燃烧，超重力燃烧装置的真空度2Pa，转速为12000r/min，铝热剂压块引燃电流12A，燃烧时间60min，得到材料三；
四、将材料三置于保护性气体中，加热熔化，形成浆液，再进行浇筑，即可得到复合金属材料。
步骤一的钢材包括哈德菲尔高锰钢、双相体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢的组合。
步骤一的金属碳化物和金属氮化物粒径为200微米。
步骤二的混合粉末在球磨机内加入溶剂混合并研磨8h。
溶剂为无水乙醇。
混合粉末中铝粉、三氧化二铁粉和氧化锌粉的混合摩尔比为4:1:3。
步骤四加热过程中加入Si、Ni、Mn、Ni、Ti、Zr、Sn和Cr。
步骤四的保护性气体为氩气和氦气的组合。
实施例3
一种高强度复合金属材料的制备方法，包括以下步骤：
一、将钢材混合熔炼，温度为2000℃，待刚才完全熔化后加入金属碳化物和金属氮化物，混炼3h后得到材料一；
二、向材料一中加入铝粉、三氧化二铁粉和氧化锌粉的混合粉末，将温度升至2500℃，混炼2h后，导入成型槽内，冷却至常温，得到材料二；
三、将材料二转入坩埚内，再在其上放置铝热剂压块，然后将坩埚置入超重力燃烧装置内燃烧，超重力燃烧装置的真空度5Pa，转速为2000r/min，铝热剂压块引燃电流15A，燃烧时间60min，得到材料三；
四、将材料三置于保护性气体中，加热熔化，形成浆液，再进行浇筑，即可得到复合金属材料。
步骤一的钢材包括哈德菲尔高锰钢、奥氏体锰钢、双相体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢的组合。
步骤一的金属碳化物和金属氮化物粒径为400微米。
步骤二的混合粉末在球磨机内加入溶剂混合并研磨8h。
溶剂为无水乙醇与丙酮的混合物。
混合粉末中铝粉、三氧化二铁粉和氧化锌粉的混合摩尔比为4:1:3。
步骤四加热过程中加入Si、Ni、Mn、Ni、Ti、Zr、Sn和Cr。
步骤四的保护性气体为氮气、氩气和氦气的组合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (8)

1.一种高强度复合金属材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、将钢材混合熔炼，温度为1800-2200℃，待刚才完全熔化后加入金属碳化物和金属氮化物，混炼3-5h后得到材料一；
二、向材料一中加入铝粉、三氧化二铁粉和氧化锌粉的混合粉末，将温度升至2400-2500℃，混炼2-3h后，导入成型槽内，冷却至常温，得到材料二；
三、将材料二转入坩埚内，再在其上放置铝热剂压块，然后将坩埚置入超重力燃烧装置内燃烧，超重力燃烧装置的真空度2-5Pa，转速为1800-2000r/min，铝热剂压块引燃电流12-15A，燃烧时间50-60min，得到材料三；
四、将材料三置于保护性气体中，加热熔化，形成浆液，再进行浇筑，即可得到复合金属材料。
2.根据权利要求1所述的一种高强度复合金属材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一的钢材包括哈德菲尔高锰钢、奥氏体锰钢、双相体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢中的任一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种高强度复合金属材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一的金属碳化物和金属氮化物粒径为200-400微米。
4.根据权利要求1所述的一种高强度复合金属材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二的混合粉末在球磨机内加入溶剂混合并研磨5-8h。
5.根据权利要求4所述的一种高强度复合金属材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为无水乙醇、丙酮或无水乙醇与丙酮的混合物。
6.根据权利要求4所述的一种高强度复合金属材料的制备方法，其特征在于，所述混合粉末中铝粉、三氧化二铁粉和氧化锌粉的混合摩尔比为4:1:3。
7.根据权利要求1所述的一种高强度复合金属材料的制备方法，其特征在于，所述步骤四加热过程中加入Si、Ni、Mn、Ni、Ti、Zr、Sn和Cr。
8.根据权利要求1所述的一种高强度复合金属材料的制备方法，其特征在于，所述步骤四的保护性气体为氮气、氩气和氦气中的任一种或多种的组合。
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