CN109082550A - 纳米陶瓷颗粒3d网状分布的镍基复合材料及其制备方法 - Google Patents
纳米陶瓷颗粒3d网状分布的镍基复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109082550A CN109082550A CN201810762498.3A CN201810762498A CN109082550A CN 109082550 A CN109082550 A CN 109082550A CN 201810762498 A CN201810762498 A CN 201810762498A CN 109082550 A CN109082550 A CN 109082550A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nickel
- nano
- composite material
- ceramic particle
- base composite
- 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.)
- Granted
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 129
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 91
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 168
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 71
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 9
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 5
- 238000009828 non-uniform distribution Methods 0.000 claims description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 abstract description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 abstract 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 56
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 33
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 10
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 5
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000003701 mechanical milling Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 235000013290 Sagittaria latifolia Nutrition 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical compound [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 235000015246 common arrowhead Nutrition 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012761 high-performance material Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000011208 reinforced composite material Substances 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
-
- 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
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
-
- 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
- C22C1/0433—Nickel- or cobalt-based alloys
-
- 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
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
- B22F2003/1051—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding by electric discharge
-
- 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
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明提供了一种纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料及其制备方法，所述方法将镍或镍合金粉末与纳米颗粒共同球磨，再通过热压烧结或放电等离子烧结等技术得到镍复合材料。本发明所述的复合材料其增强相分布是一种独特的3D网络结构，纳米增强相在微观上聚集于晶界处，宏观空间上成网络状，不追求增强体的均匀分布，但仍能保持优异的强度与塑性。本发明工艺简单，耗能低耗时短，易于通过调整增强相调控材料性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种镍基复合材料技术的技术领域，特别的，涉及一种纳米陶瓷颗粒增强镍基复合材料及其制备方法。
背景技术
镍及其合金拥有良好的力学性能，被广泛应用于能源、化工、电子，尤其是航空航天等领域，镍及其合金具有不可替代的作用。随着航空业的进步，对于高性能材料的需求也与日俱增。为满足这一需求，许多以镍为基研发的镍基复合材料不断的问世，这些新材料已经有一些开始代替镍基高温合金在航空业上的位置。
按照增强体的形态，镍基复合材料可以分为连续增强和非连续增强镍基复合材料。非连续增强的镍基复合材料又可以细分为短纤维增强、晶须增强和颗粒增强镍基复合材料。在颗粒增强镍基复合材料中，常用的颗粒增强相有SiC、TiC、Al2O3、Y2O3、BN等，这些增强相的尺寸从几十纳米到几十微米之间，通常以粉末的形态加入到金属基体中。一般的，颗粒增强镍基复合材料可以将陶瓷颗粒的优点，例如高模量、高硬度、高强度等，与镍的优点，例如良好的塑性与韧性、优异的导热性等，结合起来。因此，与基体金属相比，颗粒增强镍基复合材料一般拥有更高的比强度、比模量，更好的耐磨性能与热稳定性。尤其是从商业的角度看，颗粒增强镍基复合材料拥有一些纤维增强镍基复合材料所不具备的特性，比如各向同性。除此之外，更低的制造成本以及更好的二次加工能力，都使得颗粒增强镍基复合材料吸引了众人的目光。
回顾世界范围内对颗粒增强镍基复合材料的研究活动可发现，如果忽略制备方式和增强相的不同，绝大多数研究者将制备增强相均匀分布的复合材料作为自己的研究目标。均匀弥散的增强相分布状态被认为可以提升材料的塑性与断裂韧性，例如黄政仁等利用TiC作为增强相成功制备出了TiC颗粒均匀分布的镍基复合材料(专利申请号：CN201510390397.4)。张强等人利用Al2O3作为增强相成功制备了铝基复合材料(专利申请号CN200710071697.1)。然而，为了追求增强相的均匀分布，增强相均匀分布的复合材料的制备工艺略显复杂，整个制备工艺耗时较长，工艺可控性较低。
一般地，纳米增强镍基复合材料追求增强体的均匀分布，利用Orowan强化机制达到强化材料的效果。与增强相均匀分布的镍基复合材料不同，颗粒增强相非均匀分布的镍基复合材料因不需要追求增强相的均匀分布，因此工艺简单、可控性好，且耗能少、耗时短。
经过对现有技术文献检索发现，大量的文献曾经报道过颗粒增强镍基复合材料的制备技术与方法，但非均匀增强镍基复合材料的研发工作罕有报道。目前为止，尚未发现采用粉末冶金技术制备非均匀增强镍基复合材料的方法。因此，以一种环保、低成本、易控制的工艺实现高性能纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料的制备具有广泛的应用前景和重要的科研价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料及其制备方法，采用镍作为基体材料，纳米陶瓷颗粒作为增强相，制备出具有强度高且延伸率好的纳米陶瓷增强的镍基复合材料。该方法工艺简单，易于实现可控制备，成本低，制备周期短，适合大规模生产，所述纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料组织稳定，力学性能优异。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明将纳米陶瓷颗粒与镍粉共同放入行星式球磨机中球磨，球磨过程中严格控制球磨时间和球磨转速，在不破坏原始粉末形态的前提下使纳米陶瓷颗粒均匀的粘在镍粉的表面。随后通过放电等离子烧结技术得到纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料块材。本发明所述的复合材料纳米陶瓷颗粒在空间上呈网状分布，增强相与基体拥有良好的结合界面，复合材料具有优异的力学性能。本发明工艺步骤少，过程简单成本低，易于实现规模化生产。
本发明提供一种纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料的制备方法，具体步骤包括：
第一步，采用纳米陶瓷粉末作为增强相，将所述纳米陶瓷粉末与镍粉末放入球磨罐中，然后低能球磨混合，得到镍复合粉末；
第二步，将所述镍复合粉末在保护性气氛中进行烧结处理，得到纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料，该材料中所述纳米陶瓷颗粒呈非均匀分布。
优选地，所述第一步中：所述的镍粉为10-200μm级别的粉末；纯度≥99.5％。不同粒度的镍粉可实现在一定范围内调节材料塑性的目的。
优选地，所述第一步中：所述的纳米陶瓷粉为10-200nm级别的粉末。纳米陶瓷颗粒的质量分数为1wt.％-5wt.％；纯度≥99.9％。高纯度的纳米陶瓷颗粒有利于提高材料的性学性能。
优选地，所述第一步中：所述球磨混合，其中采用的球磨罐和球磨球为不锈钢或氧化锆陶瓷制成，其材质硬度高、组织稳定，不会引入杂质。
优选地，所述第一步中：所述球磨混合，其中球磨参数为转速100-200r/min，时间可以根据需要确定，比如可以是4小时。
优选地，所述第一步中：TiN颗粒质量分数在1wt.％-5wt.％之间，更进一步的可以选择1wt.％-3wt.％。在该范围内可获得力学性能更好镍基复合材料。
优选地，所述第一步中：纳米陶瓷颗粒的尺寸小于100nm，更优选的小于50nm。更细的纳米陶瓷颗粒内部缺陷更少，质量更高。
优选地，所述第一步中：球磨采用行星式球磨机；更进一步的，球磨在Ar气体环境保护下进行，避免氧化。
优选地，所述第二步中：烧结方法为放电等离子烧结，保护气体为Ar气体，烧结温度为1100-1150℃，保温，保温时保持压力为30-50MPa。保温时间可以根据需要确定，比如可以是15-20min。
优选地，在所述第二步之后进一步执行第三步：对所述纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料进行退火水淬处理，使得材料内应力得以释放。
更优选地，所述退火温度为925-975℃，保温后水淬，以去除材料的内应力改善材料塑性。保温时间可以根据需要确定，比如可以是2小时。
本发明还提供一种上述方法制备的纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料。
所述纳米陶瓷颗粒可以为高强度高模量的碳化物、氮化物、氧化物或硼化物纳米颗粒，所述纳米陶瓷颗粒作为增强相在微观上聚集于晶界处，宏观空间上成3D网状分布，不追求增强体的均匀分布，但仍能保持优异的强度与塑性。
本发明中，可以方便的控制纳米陶瓷颗粒的添加量，镍粉的形貌可以是球形或其他不规则形状。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
(1)本发明采用球磨(低能球磨)，在不破坏镍粉形貌的前提下将纳米陶瓷颗粒分散在镍粉表面，创造性的提出了非均匀分布的纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料，解决了目前还没有增强相非均匀分布的难题；
(2)本发明机械球磨过程中采用了Ar气体保护的方法，有效保护了镍及增强相颗粒不被氧化。
(3)本发明烧结过程中使用Ar气体保护，防止材料氧化。
(4)本发明制备的纳米陶瓷颗粒增强镍复合材料性能优异，本发明纳米陶瓷颗粒增强镍复合材料实现了纳米陶瓷颗粒的空间网络状分布。
综上，本发明通过机械球磨混合、粉末冶金技术以及放电等离子烧结的相互配合，成功制备出力学性能优异的纳米陶瓷颗粒增强镍复合材料，工艺简单，耗能低耗时短，易于通过调整增强相调控材料性能同时，进一步突破了增强相均匀弥散强化复合材料的难以提高材料强度同时保持材料良好塑性的难题。本发明中所述的纳米陶瓷颗粒增强镍复合材料，纳米陶瓷颗粒成3D网络分布在镍基体中，力学性能相比于现有基体和增强相均匀分布的镍基复合材料相比有明显提高，其抗拉强度为400-1400MPa，延伸率为8-25％。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1为本发明实施例1和2中不同体积分数TiN/镍复合材料的拉伸性能；
图2为本发明实施例1中TiN/镍复合材料的SEM组织与TiN宏观分布；
图3为本发明实施例3中TiN/In718复合材料的TEM组织与TiN微观分布；
图4为本发明实施例3中TiN/In718复合材料的拉伸性能。
具体实施例
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例1选取纳米TiN作为增强相，制备的纳米TiN颗粒增强镍复合材料的基本操作步骤如下：
Ⅰ)纳米TiN颗粒增强镍复合材料的成分
纳米TiN颗粒增强镍复合材料的成分由金属镍和TiN两部分构成，其中镍的质量分数为99wt.％，尺寸为10μm；纳米TiN的质量分数为1wt.％，尺寸为40nm。
Ⅱ)制备纳米TiN颗粒增强镍复合材料的具体步骤
1)称取99g的纯镍粉及1g的纳米TiN粉末；
2)按照10：1的球料比，将磨球、镍粉、TiN粉末装入球磨罐中，充入惰性气体Ar，球磨4小时，转速200转/分钟，得到TiN/镍复合粉末；
3)利用放电等离子烧结技术将TiN/镍复合粉末烧结成型，Ar气环境下，1150℃，压力30MPa，保温15分钟，得到TiN/镍基复合材料。
4)将TiN/镍基复合材料在950℃下保温2小时，水淬，得到高性能纳米TiN颗粒增强镍复合材料。
本实施例实施效果：上述得到的纳米TiN颗粒增强镍复合材料具体性能为抗拉强度471MPa，延伸率22％。
如图1所示，为实施例1和2中不同体积分数TiN/镍复合材料的拉伸性能，其中：1wt.％TiN/Ni复合材料的抗拉强度471MPa，延伸率22％；2wt.％TiN/Ni复合材料的抗拉强度711MPa，延伸率25％。
如图2所示，为实施例1中TiN/镍复合材料的SEM组织与TiN宏观分布，其中：Ti元素和N元素成明显的网状分布。
当然，本实施例中上述材料不进行退火水淬处理，也是可以作为产品/原料单独使用的。
实施例2
与实施例1不同的是：本实施例2增加了纳米TiN的质量分数。
本实施例2制备的纳米TiN颗粒增强镍复合材料的基本操作步骤如下：
Ⅰ)纳米TiN颗粒增强镍复合材料的成分
纳米TiN颗粒增强镍复合材料的成分由金属镍和TiN两部分构成，其中镍的质量分数为95wt.％，尺寸为10μm；纳米TiN的质量分数为5wt.％，尺寸为40nm。
Ⅱ)制备纳米TiN颗粒增强镍复合材料的具体步骤：
1)称取95g的纯镍粉及5g的纳米TiN粉末；
2)按照10：1的球料比，将磨球、镍粉、TiN粉末装入球磨罐中，充入惰性气体Ar，球磨4小时，转速200转/分钟，得到TiN/镍复合粉末；
3)利用放电等离子烧结技术将TiN/镍复合粉末烧结成型，Ar气环境下，1150℃，压力30MPa，保温15分钟，得到TiN/镍基复合材料。
4)将TiN/镍基复合材料在950℃下保温2小时，水淬，得到高性能纳米TiN颗粒增强镍复合材料。
本实施例实施效果：上述得到的2wt.％TiN/Ni复合材料的抗拉强度711MPa，延伸率25％。
实施例3
与实施例1不同的是：本实施例3改变了基体的种类，选择了In718高温合金作为基体。
本实施例3制备的纳米TiN颗粒增强In718复合材料的基本操作步骤如下：
Ⅰ)纳米TiN颗粒增强In718复合材料的成分
纳米TiN颗粒增强In718复合材料的成分由IN718粉和TiN两部分构成，其中IN718粉的质量分数为99wt.％，尺寸为10μm；纳米TiN的质量分数为1wt.％，尺寸为20nm.
Ⅱ)制备纳米TiN颗粒增强In718复合材料的具体步骤
1)称取99g的IN718粉及1g的纳米TiN粉末；
2)按照10：1的球料比，将磨球、IN718粉、TiN粉末装入球磨罐中，充入惰性气体Ar，球磨4小时，转速200转/分钟，得到TiN/In718复合粉末。
3)利用放电等离子烧结技术将TiN/In718复合粉末烧结成型，Ar气环境下，1150℃，压力30MPa，保温15分钟，得到TiN/In718复合材料。
4)将TiN/In718复合材料按照In718标准热处理的工艺进行热处理，得到高性能TiN/In718复合材料。
如图3所示，为实施例3中TiN/In718复合材料的TEM组织与TiN微观分布，其中：箭头指示的为纳米TiN颗粒，虚线为晶界。
如图4所示，为实施例3中TiN/In718复合材料的拉伸性能，其中：抗拉强度达到1382MPa，延伸率为8％。
实施例4
与实施例1不同的是：本实施例4改变了烧结温度并使用纳米TiC作为增强相，制备纳米TiC颗粒增强镍复合材料。
本实施例4制备的纳米TiC颗粒增强镍复合材料的基本操作步骤如下：
Ⅰ)纳米TiC颗粒增强镍复合材料的成分
纳米TiC颗粒增强镍复合材料的成分由金属镍和TiC两部分构成，其中镍的质量分数为99wt.％，尺寸为10μm；纳米TiC的质量分数为1wt.％，尺寸为40nm。
Ⅱ)制备纳米TiC颗粒增强镍复合材料的具体步骤:
1)称取99g的纯镍粉及1g的纳米TiC粉末；
2)按照10：1的球料比，将磨球、镍粉、TiC粉末装入球磨罐中，充入惰性气体Ar，球磨4小时，转速200转/分钟，得到TiC/镍基复合粉末。
3)利用放电等离子烧结技术将TiC/镍基复合粉末烧结成型，Ar气环境下，1100℃，压力30MPa，保温15分钟，得到TiC/镍基复合材料。
4)将TiC/镍基复合材料在950℃下保温2小时，水淬，得到高性能纳米TiC颗粒增强镍复合材料。
本实施例实施效果：上述得到的纳米TiC颗粒增强镍复合材料的抗拉强度为699MPa，延伸率为24％。
实施例5
与实施例1不同的是：本实施例4改变了烧结保温时的压力并选择TiB2作为增强体，制备纳米TiB2颗粒增强镍复合材料。
本实施例5制备的纳米TiB2颗粒增强镍复合材料的基本操作步骤如下：
Ⅰ)纳米TiB2颗粒增强镍复合材料的成分
纳米TiB2颗粒增强镍复合材料的成分由金属镍和TiB2两部分构成，其中镍的质量分数为99wt.％，尺寸为10μm；纳米TiB2的质量分数为1wt.％，尺寸为40nm。
Ⅱ)制备纳米TiB2颗粒增强镍复合材料的具体步骤：
1)称取99g的纯镍粉及1g的纳米TiB2粉末；
2)按照10：1的球料比，将磨球、镍粉、TiB2粉末装入球磨罐中，充入惰性气体Ar，球磨4小时，转速200转/分钟，得到TiB2/镍复合粉末。
3)利用放电等离子烧结技术将TiB2/镍复合粉末烧结成型，Ar气环境下，1100℃，压力50MPa，保温15分钟，得到TiB2/镍基复合材料。
4)将TiB2/镍基复合材料在950℃下保温2小时，水淬，得到高性能纳米TiB2颗粒增强镍复合材料。
本实施例实施效果：上述得到的纳米TiB2颗粒增强镍复合材料的抗拉强度为657MPa，延伸率为25％。
综上，本发明通过低能球磨引入纳米陶瓷颗粒有效的提高了镍的强度，同时保持了较好的塑性。本发明使用低能球磨工艺实现复合材料的制备，该工艺耗时短，能耗低，且不需要追求增强相颗粒的均匀分布；本发明的另一优势为可通过调整纳米陶瓷颗粒质量比例灵活调整材料的力学性能。
应当理解的是，上述实施例仅是本发明的一部分实施方式，本发明所述的纳米陶瓷颗粒增强的镍基复合材料包括所有适用于该产品的体系，最终复合材料的配方应根据实际应用需求进行设计，并不局限与上述实施例的记载。
尽管本发明的内容已经通过上述优选具体实施例进行了详细的描述，但是需要明确的是本发明并不仅限于上述特定实施例。在本领域的技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料的制备方法，其特征在于：包括：
第一步，采用纳米陶瓷粉末作为增强相，将所述纳米陶瓷粉末与镍粉末放入球磨罐中，然后低能球磨混合，得到镍复合粉末；
第二步，将所述镍复合粉末在保护性气氛中进行烧结处理，得到纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料，该材料中所述纳米陶瓷颗粒呈非均匀分布。
2.根据权利要求1所述的纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料的制备方法，其特征在于：所述纳米陶瓷粉末，其质量占所述复合材料总质量的1wt.％-5wt.％，粒径为10-200nm，纯度≥99.9％。
3.根据权利要求1所述的纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料的制备方法，其特征在于：所述镍粉末为微米级粉末，粒径为10-200μm，纯度≥99.5％。
4.根据权利要求1所述的纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料的制备方法，其特征在于：所述球磨混合，其中采用的球磨罐和球磨球为不锈钢或氧化锆陶瓷制成。
5.根据权利要求1所述的纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料的制备方法，其特征在于：所述球磨混合，其中球磨参数为转速100-200r/min。
6.根据权利要求1所述的纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料的制备方法，其特征在于：所述将所述镍复合粉末在保护性气氛中进行烧结处理，其中：
保护性气氛为Ar气体；
烧结方式为放电等离子烧结，烧结温度为1100-1150℃，保温，保温时保持压力为30-50MPa。
7.根据权利要求1-6任一项所述的纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料的制备方法，其特征在于：进一步包括第三步，对所述纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料进行退火水淬处理，所述退火温度为925-975℃，保温后水淬。
8.一种由上述任一项权利要求所述方法制备得到的纳米陶瓷颗粒分布为3D网状结构的镍复合材料。
9.根据权利要求8所述的一种纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料，其特征在于，其中纳米陶瓷颗粒为碳化物、氮化物、氧化物或硼化物纳米颗粒，所述纳米陶瓷颗粒作为增强相在微观上聚集于晶界处，宏观空间上成3D网状分布。
10.根据权利要求8或9所述的一种纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料，其特征在于，所述镍基复合材料的抗拉强度为400-1400MPa，延伸率为8-25％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810762498.3A CN109082550B (zh) | 2018-07-12 | 2018-07-12 | 纳米陶瓷颗粒3d网状分布的镍基复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810762498.3A CN109082550B (zh) | 2018-07-12 | 2018-07-12 | 纳米陶瓷颗粒3d网状分布的镍基复合材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109082550A true CN109082550A (zh) | 2018-12-25 |
| CN109082550B CN109082550B (zh) | 2020-04-28 |
Family
ID=64837609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810762498.3A Active CN109082550B (zh) | 2018-07-12 | 2018-07-12 | 纳米陶瓷颗粒3d网状分布的镍基复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109082550B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110340350A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-10-18 | 湖南伊澍智能制造有限公司 | 一种镍基复合材料及其制备方法和应用 |
| CN111041398A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-04-21 | 扬州大学 | 一种利用陶瓷纳米颗粒增强镍基涂层摩擦学性能的方法 |
| CN111360269A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-07-03 | 南京环达新材料有限公司 | 一种多级纳米结构增强的叠层状镍基复合材料及其制备方法 |
| CN114012097A (zh) * | 2021-10-22 | 2022-02-08 | 兆山科技（北京）有限公司 | 基于梯度陶瓷制备用耐磨耐腐蚀镍基粉末及冶金制备方法 |
| CN114192799A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-03-18 | 重庆大学 | 一种激光选区熔化成形Inconel718复合材料及其制备方法 |
| CN114226720A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-25 | 黑龙江省科学院高技术研究院 | 一种纳米陶瓷增强高温合金球形微粉的制备方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101397614A (zh) * | 2008-11-04 | 2009-04-01 | 四川大学 | 一种Ni粘结WC基硬质合金的制备方法 |
| CN102618774A (zh) * | 2012-04-17 | 2012-08-01 | 江苏大学 | 一种高强韧金属基纳米复合材料的制备方法 |
| CN103436728A (zh) * | 2013-08-27 | 2013-12-11 | 西北工业大学 | 强韧化金属基复合材料的方法 |
| CN104862531A (zh) * | 2015-06-05 | 2015-08-26 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 纳米碳化硅颗粒增强镍基复合材料及熔盐堆堆芯结构件 |
| CN105838913A (zh) * | 2016-04-08 | 2016-08-10 | 上海和伍复合材料有限公司 | 一种石墨烯/镍复合材料及其制备方法 |
| CN106312057A (zh) * | 2016-09-13 | 2017-01-11 | 上海交通大学 | 纳米颗粒增强超细晶金属基复合材料的粉末冶金制备方法 |
| CN107034386A (zh) * | 2017-04-14 | 2017-08-11 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种抗熔盐腐蚀高温复合材料及熔盐堆堆芯结构件 |
| CN108060322A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-05-22 | 中南大学 | 硬质高熵合金复合材料的制备方法 |
-
2018
- 2018-07-12 CN CN201810762498.3A patent/CN109082550B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101397614A (zh) * | 2008-11-04 | 2009-04-01 | 四川大学 | 一种Ni粘结WC基硬质合金的制备方法 |
| CN102618774A (zh) * | 2012-04-17 | 2012-08-01 | 江苏大学 | 一种高强韧金属基纳米复合材料的制备方法 |
| CN103436728A (zh) * | 2013-08-27 | 2013-12-11 | 西北工业大学 | 强韧化金属基复合材料的方法 |
| CN104862531A (zh) * | 2015-06-05 | 2015-08-26 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 纳米碳化硅颗粒增强镍基复合材料及熔盐堆堆芯结构件 |
| CN105838913A (zh) * | 2016-04-08 | 2016-08-10 | 上海和伍复合材料有限公司 | 一种石墨烯/镍复合材料及其制备方法 |
| CN106312057A (zh) * | 2016-09-13 | 2017-01-11 | 上海交通大学 | 纳米颗粒增强超细晶金属基复合材料的粉末冶金制备方法 |
| CN107034386A (zh) * | 2017-04-14 | 2017-08-11 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种抗熔盐腐蚀高温复合材料及熔盐堆堆芯结构件 |
| CN108060322A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-05-22 | 中南大学 | 硬质高熵合金复合材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| HEFEI HUANG等: "Effect of Milling Time on the Microstructure and Tensile Properties of", 《JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE & TECHNOLOGY》 * |
| 祝国梁等: "颗粒增强镍基复合材料的研究进展", 《材料科学与工程学报》 * |
| 苑世剑等: "《精密热加工新技术》", 31 May 2016, 北京：国防工业出版社 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110340350A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-10-18 | 湖南伊澍智能制造有限公司 | 一种镍基复合材料及其制备方法和应用 |
| CN111041398A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-04-21 | 扬州大学 | 一种利用陶瓷纳米颗粒增强镍基涂层摩擦学性能的方法 |
| CN111360269A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-07-03 | 南京环达新材料有限公司 | 一种多级纳米结构增强的叠层状镍基复合材料及其制备方法 |
| CN111360269B (zh) * | 2020-04-03 | 2022-05-06 | 浙江蓝天知识产权运营管理有限公司 | 一种多级纳米结构增强的叠层状镍基复合材料及其制备方法 |
| CN114012097A (zh) * | 2021-10-22 | 2022-02-08 | 兆山科技（北京）有限公司 | 基于梯度陶瓷制备用耐磨耐腐蚀镍基粉末及冶金制备方法 |
| CN114192799A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-03-18 | 重庆大学 | 一种激光选区熔化成形Inconel718复合材料及其制备方法 |
| CN114226720A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-25 | 黑龙江省科学院高技术研究院 | 一种纳米陶瓷增强高温合金球形微粉的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109082550B (zh) | 2020-04-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109082550A (zh) | 纳米陶瓷颗粒3d网状分布的镍基复合材料及其制备方法 | |
| Khodaei et al. | Effects of different sintering methods on the properties of SiC-TiC, SiC-TiB2 composites | |
| CN109867525A (zh) | 一种高熵合金硼化物陶瓷及其制备方法和应用 | |
| Gao et al. | Selective laser melting of nano-TiN modified AlSi10Mg composite powder with low laser reflectivity | |
| CN110257684B (zh) | 一种FeCrCoMnNi高熵合金基复合材料的制备工艺 | |
| CN106623960B (zh) | 一种硼化锆弥散强化钨粉的制备方法 | |
| CN103572084B (zh) | 一种含氧的钛基合金的粉末冶金制备方法 | |
| Zhang et al. | Microstructures and mechanical properties of Mo2FeB2-based cermets prepared by two-step sintering technique | |
| CN103011827A (zh) | 一种原位引入硼为添加剂的二硼化锆陶瓷的制备方法 | |
| CN103073320A (zh) | 一种ZrB2-SiC(w)陶瓷原料的制备方法 | |
| Kafkaslıoğlu et al. | Pressureless sintering of Al2O3/Ni nanocomposites produced by heterogeneous precipitation method with varying nickel contents | |
| CN104073750B (zh) | TiC短纤维增强钛基复合材料及其制备方法 | |
| CN103058662A (zh) | 二硼化钛基纳米复合自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法 | |
| CN114774727B (zh) | 纳米二氧化锆增强NbMoTaW难熔高熵合金的制备方法 | |
| CN1161483C (zh) | 一种高强度原位铝基复合材料 | |
| CN103072325B (zh) | 复合结构氧化铝/氧化铝-氧化锆层状复合材料及制备方法 | |
| Raimundo et al. | Effect of high energy milling on microstructure and mechanical properties of Al2O3-10 wt% Co composites consolidated by spark plasma sintering (SPS) | |
| Zhu et al. | Selection principle of the synthetic route for fabrication of HfB2 and HfB2‐SiC ceramics | |
| CN106834778B (zh) | 硬质合金以及制备方法 | |
| Li et al. | Improvement in surface performance of Al3Ti+ TiB2/(Ni coated WC) laser cladded coating with Al2O3/nano-Y2O3 | |
| CN111875385B (zh) | 一种高强度、高硬度且低模量硼化钛纳米复相陶瓷的制备方法 | |
| Nie | Patents of methods to prepare intermetallic matrix composites: A Review | |
| CN106498211B (zh) | 纳米氧化铝颗粒原位增强高热稳纳米相复合结构Al-Sn合金的制备方法 | |
| CN111020264B (zh) | 一种三维堆积体增强钛基复合材料及其制备方法 | |
| Zhou et al. | Microstructure and mechanical properties of aluminum matrix composites produced by Al-La2O3 in-situ reaction |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |