CN107299286A - 一种无机纳米粒子增强铁合金复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无机纳米粒子增强铁合金复合材料，属于金属材料领域，旨在提供一种强度高、塑性好的铁金属复合材料，能够用到结构部件方面，铁合金材料包括70‑90份的铁合金以及10‑30份的无机纳米材料，在将无机纳米材料添加到熔融的铁合金材料，并且熔融温度为1650℃‑2000℃。

Description

一种无机纳米粒子增强铁合金复合材料
技术领域
本发明涉及金属材料领域，具体来说是一种无机纳米材料铁合金复合材料。
背景技术
铁是日常生活中重要的结构强度材料，在各个领域具有广泛的用途，但是现有的铁在作为结构材料性能还有待提高，另一方面密度大，大大限制了其使用范围。
氮化硅、碳化硅等无机材料是一种超硬的无机材料，理论上可以用作对金属材料进行增强，专利申请号：201410566470.4，名称为：一种高强度金属陶瓷材料及其制备方法的专利公开了一种高强度金属陶瓷材料及其制备方法，其中包括在金属中加入无机陶瓷材料。
但是在微观层面上无机材料容易丧失可塑性，进而，科学家发现无机纳米材料能够增强铁的可塑性和强度。但是在加工的过程当中，无机纳米材料具有一定的凝结倾向性，不能够很好的分散在铁材料当中，进而严重影响到铁合金材料的强度。
发明内容
本发明的目的在于，针对以上的问题，公开了一种无机纳米粒子增强铁合金复合材料，铁合金材料包括70-90份的铁合金以及10-30份的无机纳米材料，在将无机纳米材料添加到熔融的铁合金材料，并且熔融温度为1650℃-2000℃。
在向铁合金加入无机纳米材料的时候，向加入熔融的铁合金材料，能够显著克服现有技术当中无机材料纳米凝结倾向性问题，提高铁复合材料的强度和可塑性。在微观层面上，由于熔融态的金属铁，粒子在处于高速运动状态，能够利用粒子的这一高速运动状态减少无机纳米粒子的相互吸引，进一步降低无机纳米材料的相互凝结性。在现有的存在一些向熔融的合金材料加入无机纳米材料，但是这种工艺具有高度的的独立性，无法应用到其他合金，特别是铁合金材料，而无机纳米材料的选择和合金材料具有一定相关性，因为不同的金属以及合金材料力学性能不同，在微观上也要选择性能和粒度不同的无机纳米材料。在针对铁进行改性，一般的无机材料材料均可以达到一定的效果，如碳化硼、碳化钨、碳化硅、碳化钛、氮化硅、氮化钛、氮化铝、氮化硼等，并且可以选择其中几种进行混合使用。但是相对来说硬度大、微观可塑性强以及微观层面上凝结性差的材料具有很好的效果。如碳化硅、氮化硅。
针对氮化硅、氮化硅等无机纳米粒子，粒径的选择至关重要，如果粒子过大，往往降低其复合过程中的可塑性，降低材料的加工性以及强度。而纳米粒子之间的吸引力大小和粒子是成反比的，如果粒子过小，纳米粒子之间的吸引力会比较大。在实验中发现，粒径在20nm以下的纳米粒子随着粒径的降低，凝结性显著提高，而在20nm以上，纳米粒子之间的凝结性变化不大，所以在优选的实施方式中，无机纳米粒子为20-100nm。
而在实验中，在使用熔融态的铁铝合金，能够充分利用粒子的动能进行无机纳米粒子的分散，而铁铝合金中铝的含量也至关重要，铝过大，将影响铁铝基质的强度，而铝元素过少，将使得铁铝微观的动能分散效应降低，不利于无机纳米粒子的均匀分散，在一些优选的实施方式中，铁铝合金中铝的重量比为10%-15%。
其中无机纳米粒子的含量会影响到复合金属材料的力学性能，如果无机纳米材料含量过大，将导致复合材料的可塑性变差，如果无机纳米粒子的含量过低，将导致复合材料的强度不足，所以无机纳米粒子占比的选择至关重要，在本发明中，作为优选，所述复合材料中无机纳米粒子的重量份为15-20份。
在本发明中还公开了一种所述的复合材料的制备方法如下：
步骤一、取铁铝合金，其中铁铝合金中铝的份数为10%-15%，加热融化，升温到1900℃以上，其中对温度的控制至关重要，温度过大不仅消耗大量的热能，并且也在一定程度上影响到无机纳米粒子的分散性，如果温度过低，动能不足，也会影响到无机纳米粒子微观层面的分散，作为优选，本发明在实验的基础上选用1900℃-2000℃这一合适的温度范围，并且进行了时间的控制；
步骤二、利用超声波分散技术将无机纳米粒子步骤一的铁水混合，这一混合称为预混合，先增大宏观层面上无机纳米粒子和铁合金材料的均匀混合性；
步骤三、降温到1700℃-1800℃之间，保持10-100分钟,这一个分散称为正混合，其主要目的在于通过微观层面上使得无机纳米粒子和铁合金材料的均匀混合，作为温度的优选选用1700℃-1750℃下进行保温
步骤四、冷却制备金属复合材料，这一步的冷却可以采用常规方式进行冷却；
步骤五、进行高压扭转压缩，其目的在于进一步提高复合材料的力学性能。本发明的有益效果在于；本发明针对铁进行了改性，特别是适用在结构材料，选择了熔融态的铁铝合金，并选用了相应的无机纳米材料，能够显著提供铁合金材料的强度以及降低其密度，材料的塑性得到了提高，可以用在单车、汽车、飞机等领域的结构材料上。
具体实施方式
具体实施例1：取常规的铁铝合金，其中铁铝合金中铝的份数为10%，加热融化，升温到2100℃；利用超声波分散技术将是铁铝合金15%的氮化硅，和铁水混合；降温到1750℃，保持10分钟；冷却制备金属复合材料，之后进行高压扭转压缩对材料的力学性能进行进一步的增强。
具体实施例2：取常规的铁铝合金，其中铁铝合金中铝的份数为10%-15%，加热融化，升温到1900℃；利用超声波分散技术将是铁铝合金30%的氮化硅和铁水混合；降温到1700℃，保持20分钟；冷却制备金属复合材料，之后进行高压扭转压缩对材料的力学性能进行进一步的增强。
具体实施例3：取常规的铁铝合金，其中铁铝合金中铝的份数为12%，加热融化，升温到1850℃；利用超声波分散技术将是铁铝合金20%的氮化硅和铁水混合；降温到1720℃，保持15分钟；冷却制备金属复合材料，之后进行高压扭转压缩对材料的力学性能进行进一步的增强。
具体实施例4：取常规的铁铝合金，其中铁铝合金中铝的份数为15%，加热融化，升温到1900℃；利用超声波分散技术将是铁铝合金30%的氮化硅和铁水混合；降温到1750℃，保持10分钟；冷却制备金属复合材料，之后进行高压扭转压缩对材料的力学性能进行进一步的增强。
具体实施例5：取常规的铁铝合金，其中铁铝合金中铝的份数为12%，加热融化，升温到1900℃；利用超声波分散技术将是铁铝合金15%的氮化硅和铁水混合；降温到1750℃，保持12分钟；冷却制备金属复合材料，之后进行高压扭转压缩对材料的力学性能进行进一步的增强。
具体实施例6：取常规的铁铝合金，其中铁铝合金中铝的份数为10%，加热融化，升温到1900℃；利用超声波分散技术将是铁铝合金20%的碳化硅和铁水混合；降温到1800℃，保持12分钟；冷却制备金属复合材料，之后进行高压扭转压缩对材料的力学性能进行进一步的增强。
对实施例1-6制备的复合材料的力学性能测定如下：

Claims (8)

1.一种无机纳米粒子增强铁合金复合材料，其特征在于，所述的，铁合金材料包括70-90份的铁合金以及10-30份的无机纳米材料，通过将无机纳米材料添加到熔融的铁合金材料，并且熔融温度为1650℃-2000℃。
2.根据权利要求1所述的无机纳米粒子增强铁合金复合材料，其特征在于，所述的无机纳米粒子选自碳化硼、碳化钨、碳化硅、碳化钛、氮化硅、氮化钛、氮化铝、氮化硼的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1-2任一项所述的无机纳米粒子增强铁合金复合材料，其特征在于，所述的无机纳米粒子为10-100nm。
4.根据权利要求1-2任一项所述的无机纳米粒子增强铁合金复合材料，其特征在于，所述的铁合金为铁铝合金，铁铝合金中铝的重量比为10%-15%。
5.根据权利要求4所述的无机纳米粒子增强铁合金复合材料，其特征在于，所述复合材料中无机纳米粒子的重量份为15-20份。
6.根据权利要求5所述的无机纳米粒子增强铁合金复合材料，其特征在于，所述的复合材料的制备方法如下：
步骤一、取铁铝合金，其中铁铝合金中铝的份数为10%-15%，加热融化，升温到1900℃以上；
步骤二、利用超声波分散技术将无机纳米粒子步骤一的铁水混合；
步骤三、降温到1700℃-1800℃之间，保持10-100分钟；
步骤四、冷却制备金属复合材料；
步骤五、进行高压扭转压缩。
7.根据权利要求6所述的无机纳米粒子增强铁合金复合材料，其特征在于，步骤一中升温到1900℃-2000℃。
8.根据权利要求6所述的无机纳米粒子增强铁合金复合材料，其特征在于，步骤三中在1700℃-1750℃下进行保温。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113201696A (zh) * 2021-05-11 2021-08-03 江阴市瑞华机械制造有限公司 富TiN铁合金及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1258758A (zh) * 1999-12-17 2000-07-05 东南大学 耐高温腐蚀磨损铁铝合金
CN1833750A (zh) * 2006-03-14 2006-09-20 安泰科技股份有限公司 一种铁铝基金属间化合物微孔过滤元件的制备方法及用途
CN101078084A (zh) * 2007-06-27 2007-11-28 西安建筑科技大学 碳化钨颗粒增强钢/铁基复合耐磨板材及其制备工艺
CN102071360A (zh) * 2011-01-14 2011-05-25 华南理工大学 一种碳化钨颗粒增强的铁基粉末冶金材料及其制备方法
CN104087860A (zh) * 2014-06-25 2014-10-08 盐城市鑫洋电热材料有限公司 一种高电阻率复合材料及其制备方法
CN104200946A (zh) * 2014-08-20 2014-12-10 钢铁研究总院 一种高磁致伸缩系数的FeAl软磁合金
CN104233065A (zh) * 2014-08-26 2014-12-24 盐城市鑫洋电热材料有限公司 一种碳化硅增强铁铝复合材料及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1258758A (zh) * 1999-12-17 2000-07-05 东南大学 耐高温腐蚀磨损铁铝合金
CN1833750A (zh) * 2006-03-14 2006-09-20 安泰科技股份有限公司 一种铁铝基金属间化合物微孔过滤元件的制备方法及用途
CN101078084A (zh) * 2007-06-27 2007-11-28 西安建筑科技大学 碳化钨颗粒增强钢/铁基复合耐磨板材及其制备工艺
CN102071360A (zh) * 2011-01-14 2011-05-25 华南理工大学 一种碳化钨颗粒增强的铁基粉末冶金材料及其制备方法
CN104087860A (zh) * 2014-06-25 2014-10-08 盐城市鑫洋电热材料有限公司 一种高电阻率复合材料及其制备方法
CN104200946A (zh) * 2014-08-20 2014-12-10 钢铁研究总院 一种高磁致伸缩系数的FeAl软磁合金
CN104233065A (zh) * 2014-08-26 2014-12-24 盐城市鑫洋电热材料有限公司 一种碳化硅增强铁铝复合材料及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113201696A (zh) * 2021-05-11 2021-08-03 江阴市瑞华机械制造有限公司 富TiN铁合金及其制备方法

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