CN109898006A - 一种碳化硼/铁隔热耐磨复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种碳化硼/铁隔热耐磨复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109898006A CN109898006A CN201711308717.2A CN201711308717A CN109898006A CN 109898006 A CN109898006 A CN 109898006A CN 201711308717 A CN201711308717 A CN 201711308717A CN 109898006 A CN109898006 A CN 109898006A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- boron carbide
- iron
- composite material
- wear resistance
- heat insulation
- 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
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 213
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 121
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 115
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 91
- 238000009413 insulation Methods 0.000 title claims abstract description 75
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 67
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 49
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 30
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 25
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 24
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 20
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 18
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 8
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 7
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 5
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 27
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Natural products CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 20
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 18
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 14
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 13
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 12
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 8
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 8
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 7
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 6
- 210000000476 body water Anatomy 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 6
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 6
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 6
- 229910001339 C alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 3
- QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N methylidyneiron Chemical compound [C].[Fe] QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000001198 high resolution scanning electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 125000005909 ethyl alcohol group Chemical group 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明涉及一种碳化硼/铁隔热耐磨复合材料及其制备方法，属于铁基耐磨材料技术领域。碳化硼/铁隔热耐磨复合材料及其制备方法，属于铁基耐磨材料技术领域。本发明的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料，由以下质量百分比的原料制成：碳化硼1～10％、碳0.1～1％、铁89～98.9％。本发明的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料，硬度可达HRC63，比铸铁高出HRC15，具有非常出色的硬度；耐磨性可达0.00002g/mm2/h，比铸铁提升了200％以上，具有优异的耐磨性；热扩散系数可达3.61mm2/s，仅为金属铁的28.2％，具有良好的隔热能力；相较于作为内燃机缸体材料铸铁，具有显著优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳化硼/铁隔热耐磨复合材料及其制备方法，属于铁基耐磨材料技术领域。
背景技术
碳化硼是已知最坚硬的三大材料之一，其硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，它具有良好的高温强度和化学稳定性，常被用作于耐磨材料、陶瓷材料的增强相，并且能够作为反应堆中子吸收剂，具有极为广泛的应用前景。但是相比于目前工业广泛使用的陶瓷，碳化硼的韧性差，尤其是断裂韧性，室温下仅仅为2.5MPa·m1/2，严重影响了材料服役性能中的可靠度。
研究表明，合金化是实现材料韧性和耐磨性改善的有效有段，可以明显改善材料的强度和韧性不足等问题，这些突破性的研究进展对材料的研发和使用有非常大的指导意义。Fe基复合材料具备成熟的成型技术和工艺设备，成为了工业上最具推广应用的材料之一。现有技术中，常将B4C作为摩擦组元加入到铁基复合材料中，来提高材料的耐磨性能。但是常规的碳化硼/铁复合材料的烧结温度基本上都在1800℃以上，剧烈的高温将使碳化硼分解，以及和铁发生剧烈的反应，导致材料整体性能的下降。
针对上述问题，《B4C含量对B4C/Fe复合材料结构和性能的影响》(高前程等，第十九届全国高等技术陶瓷学术年会会议论文，2016年10月)中公开了一种B4C/Fe复合材料，是以B4C为增强相、Fe为基体，采用热压烧结工艺(温度为800～1100℃，压力为30MPa和时间为45min)制备了B4C含量为2～10％wt的B4C/Fe复合材料。该B4C/Fe复合材料在制备时为了减少了碳化硼的分解，采用了较低的烧结温度，但是由于存在烧结温度不足和无界面相设计的原因，导致材料的致密化程度较低、界面结合性较差、热导率不稳定和机械强度较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳化硼/铁隔热耐磨复合材料，通过引入碳来改善基体边界成分和界面相容性，进而提高碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的致密度、热导性能的稳定性和机械强度。
本发明还提供了一种碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法。
为了实现以上目的，本发明的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料所采用的技术方案是：
一种碳化硼/铁隔热耐磨复合材料，由以下质量百分比的原料制成：碳化硼1～10％、碳0.1～1％、铁89～98.9％。
所述碳化硼/铁隔热耐磨复合材料采用粉末冶金的方法进行制备。碳化硼均匀地分布在碳化硼/铁隔热耐磨复合材料中。
优选的，所述碳为活性炭、石墨、碳黑中的至少一种。
本发明的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料中碳化硼作为硬质相和陶瓷相，能够显著改善碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的硬度和隔热能力；碳能够抑制碳化硼/铁隔热耐磨复合材料在制备过程中碳化硼的分解，减少因碳化硼分解产生的疏松结构，提高材料的致密度和热导性能的稳定性，扩大制备过程中可采用的温度范围，降低材料制备的难度；同时，碳在铁基体中扩散并与铁发生反应形成碳含量连续变化的铁碳合金的过渡层，形成了一种碳化硼(硬度高，主要耐磨相)-铁碳合金的过渡层(硬度适中，应力过渡层)-铁(韧性高，应力释放层)的梯度结构复合材料。由于梯度结构复合材料的成分连续变化的设计，该合金过渡层的强度和韧性也表现为连续变化状态，该状态能够在很大程度减少材料在磨损环境下由于应力集中引起材料中硬质相碳化硼的拔出而导致材料的磨损加剧和失效。此外，铁碳合金的过渡层还能提高铁和碳化硼之间结合能力，解决碳化硼和铁界面不相容的问题，增强铁基体的强度，提高复合材料的机械强度；并且该过渡层还能形成热阻界面，降低复合材料的导热能力。
本发明的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的硬度可达HRC63，比铸铁高出HRC15，具有非常出色的硬度；耐磨性可达0.00002g/mm2/h，比铸铁提升了200％以上，具有优异的耐磨性；热扩散系数可达3.61mm2/s，仅为金属铁的28.2％，具有良好的隔热能力。因此，本发明的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料相较于作为内燃机缸体材料铸铁，具有显著优势。
本发明的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法所采用的技术方案为：
一种上述碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法，包括以下步骤：将由配方量的碳化硼、铁和碳组成的混合粉料在900～1200℃热压烧结，即得。
本发明的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法，工艺简单，成本低，便于推广应用；制备过程中，一方面碳能够在热压烧结时抑制碳化硼的分解，减少碳化硼分解产生的疏松结构，提高材料的致密程度和热导性能的稳定；另一方面烧结过程中碳在铁基体中扩散并与基体铁发生反应，在基体中形成碳含量连续变化的铁碳合金的过渡层，该过渡层不仅能提高铁和碳化硼之间结合能力，解决碳化硼和铁界面不相容的问题，还能够增强铁基体的强度，提高复合材料的机械强度；并且渡层中的片状结构还能形成热阻界面，降低复合材料的导热能力。
所述混合粉料由碳化硼粉料、铁粉和碳粉混合得到；所述碳化硼粉料的粒径为20～4000目，所述碳粉的粒径为40～400目，所述铁粉的粒径为40～320目。所述混合粉料由碳化硼粉料、铁粉和碳粉混合均匀得到。所述铁粉为还原铁粉。所述碳粉为活性炭、石墨、碳黑中的至少一种。
所述热压烧结的压力为10～40MPa。热压烧结的时间为20～120min。
所述烧结为真空热压烧结。采用真空热压烧结时，烧结前，将腔体抽真空。
热压烧结前，将混合粉料在10～40MPa预压5～20min、卸压制成坯体。
将坯体升温至550～650℃保温5～20min，然后继续升温进行热压烧结。
保温前进行升温的速率为5～10℃/min。
保温后进行升温的速率为5～20℃/min。
所述混合为球磨；所述球磨的转速为200～800r/min，时间为4～24h。球磨可以采用湿法球磨。湿法球磨时按照每1g混合粉料采用1.5～4ml分散剂的比例加入分散剂。所述分散剂为乙醇。湿法球磨前还可以先将碳化硼粉料、碳粉和铁粉进行研磨混料。湿法球磨后，过滤、真空干燥，得到混合粉料。所述真空干燥的温度为60～110℃，时间为6～24h。
附图说明
图1为实施例1的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的XRD图谱；
图2为实施例1的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料表面的低分辨率SEM图；
图3为实施例1的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料表面的较高分辨率SEM图；
图4为实施例1的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料表面的高分辨率SEM图；
图5为实施例1的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料断面的SEM界面图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
具体实施方式中采用的铁粉为还原铁粉；所采用的碳粉为活性炭。
实施例1
本实施例的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料，由以下质量百分比的原料制成：碳化硼10％，碳1％，铁89％；碳化硼均匀地分布在碳化硼/铁隔热耐磨复合材料中。
本实施例的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)取配方量的碳化硼粉料、碳粉和铁粉混料，得到复合粉体；将复合粉体放入球磨罐中，然后按照复合粉体与乙醇按照质量比为1:3的比例，取乙醇加入不锈钢球磨罐中，再将球磨罐置于球磨机中，以转速为400r/min球磨12h，然后抽滤，将固相在80℃真空干燥12h，得到混合粉料；所采用的碳化硼粉料的粒径为2000目，碳粉的粒径为400目，铁粉的粒径为200目；
2)在石墨模具表面涂覆高温润滑剂(六方氮化硼)，然后取14g步骤1)制得的混合粉料放入石墨模具中，将石墨模具放入热压烧结炉中，抽真空至0.05Pa以下，在40MPa的压力下预压5min，卸压，得到坯体；然后按照5℃/min的升温速率将坯体由室温升温至600℃进行第一段保温，第一段保温的时间为5min；第一段保温结束后以10℃/min的升温速率由600℃升温至1200℃，第一段保温后的升温过程中缓慢加压至30MPa，然后在1200℃、30MPa保温保压30min；
3)保温保压结束后，炉体通水冷却，待炉内温度降至室温后，卸压取出模具，脱模，即得。
对本实施例的步骤1)得到的混合粉料和碳化硼/铁隔热耐磨材料进行XRD测试，结果见图1。由图1可知，碳化硼较好地保留在碳化硼/铁隔热耐磨材料中，而碳含量有所降低，这是由于部分碳扩散到基体内部。
经过测试，本实施例的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的致密度为99.5％，洛氏硬度为HRC63，摩擦系数为0.1692(对磨材料为45#钢，干摩擦)，磨损率为0.000028g/mm2/h，热扩散系数为3.61mm2/s。
实施例2
本实施例的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料，由以下质量百分比的原料制成：碳化硼5％，碳0.5％，铁94.5％；碳化硼均匀地分布在碳化硼/铁隔热耐磨复合材料中。
本实施例的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)取配方量的碳化硼粉料、碳粉和铁粉混料，得到复合粉体；将复合粉体放入球磨罐中，然后按照复合粉体与乙醇按照质量比为1:2.5的比例，取乙醇加入不锈钢球磨罐中，再将球磨罐置于球磨机中，以转速为200r/min球磨6h，然后抽滤，将固相在80℃真空干燥10h，得到混合粉料；所采用的碳化硼粉料的粒径为100目，碳粉的粒径为300目，铁粉的粒径为60目；
2)在石墨模具表面涂覆高温润滑剂(六方氮化硼)，然后取16.5g步骤1)制得的混合粉料放入石墨模具中，将石墨模具放入热压烧结炉中，抽真空至0.05Pa以下，在30MPa的压力下预压5min，卸压，得到坯体；然后按照10℃/min的升温速率将坯体由室温升温至600℃进行第一段保温，第一段保温的时间为5min；第一段保温结束后再以20℃/min的升温速率由600℃升温至1000℃，第一段保温后的升温过程中缓慢加压至25MPa，然后在1000℃、25MPa保温保压60min；
3)保温保压结束后，炉体通水冷却，待炉内温度降至室温后，卸压取出模具，脱模，即得。
经过测试，本实施例的碳化硼/铁隔热高耐磨材料的致密度为98.3％，洛氏硬度为HRC59，摩擦系数为0.1852(对磨材料为45#钢，干摩擦)，磨损率为0.000064g/mm2/h，热扩散系数为4.53mm2/s。
实施例3
本实施例的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料，由以下质量百分比的原料制成：碳化硼4％，碳0.4％，铁95.6％；碳化硼均匀地分布在碳化硼/铁隔热耐磨复合材料中。
本实施例的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)取配方量的碳化硼粉料、碳粉和铁粉混料，得到复合粉体；将复合粉体放入球磨罐中，然后按照复合粉体与乙醇按照质量比为1:3的比例，取乙醇加入不锈钢球磨罐中，再将球磨罐置于球磨机中，以转速为500r/min球磨8h，然后抽滤，将固相在80℃真空干燥12h，得到混合粉料；所采用的碳化硼粉料的粒径为1000目，碳粉的粒径为200目，铁粉的粒径为320目；
2)在石墨模具表面涂覆高温润滑剂(六方氮化硼)，然后取16g步骤1)制得的混合粉料放入石墨模具中，将石墨模具放入热压烧结炉中，抽真空至0.05Pa以下，在30MPa的压力下预压5min，卸压，得到坯体；然后按照10℃/min的升温速率将坯体由室温升温至600℃进行第一段保温，第一段保温的时间为5min；第一段保温结束后再以20℃/min的升温速率由600℃升温至1200℃，第一段保温后的升温过程中缓慢加压至20MPa，然后在1200℃、20MPa保温保压40min；
3)保温保压结束后，炉体通水冷却，待炉内温度降至室温后，卸压取出模具，脱模，即得。
经过测试，本实施例的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的致密度为98.6％，洛氏硬度为HRC58，摩擦系数为0.1706(对磨材料为45#钢，干摩擦)，磨损率为0.000158g/mm2/h，热扩散系数为4.86mm2/s。
实施例4
本实施例的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料，由以下质量百分比的原料制成：碳化硼2％，碳0.2％，铁97.8％；碳化硼均匀地分布在碳化硼/铁隔热耐磨复合材料中。
本实施例的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)取配方量的碳化硼粉料、碳粉和铁粉混料，得到复合粉体；将复合粉体放入球磨罐中，然后按照复合粉体与乙醇按照质量比为1:2的比例，取乙醇加入不锈钢球磨罐中，再将球磨罐置于球磨机中，以转速为400r/min球磨4h，然后抽滤，将固相在80℃真空干燥6h，得到混合粉料；所采用的碳化硼粉料的粒径为400目，碳粉的粒径为400目，铁粉的粒径为160目；
2)在石墨模具表面涂覆高温润滑剂(六方氮化硼)，然后取19g步骤1)制得的混合粉料放入石墨模具中，将石墨模具放入热压烧结炉中，抽真空至0.05Pa以下，在30MPa的压力下预压5min，卸压，得到坯体；然后按照10℃/min的升温速率将坯体由室温升温至600℃进行第一段保温，第一段保温的时间为5min；第一段保温后再以20℃/min的升温速率由600℃升温至900℃，第一段保温后的升温过程中缓慢加压至40MPa，然后在900℃、40MPa保温保压120min；
3)保温保压结束后，炉体通水冷却，待炉内温度降至室温后，卸压取出模具，脱模，即得。
经过测试，本实施例的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的致密度为98.9％，洛氏硬度为HRC58，摩擦系数为0.1603(对磨材料为45#钢，干摩擦)，磨损率为0.000286g/mm2/h，热扩散系数为7.48mm2/s。
实施例5
本实施例的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料，由以下质量百分比的原料制成：碳化硼1％，碳0.1％，铁98.9％；碳化硼均匀地分布在碳化硼/铁隔热耐磨复合材料中。
本实施例的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)取配方量的碳化硼粉料、碳粉和铁粉混料，得到复合粉体；将复合粉体放入球磨罐中，然后按照复合粉体与乙醇按照质量比为1:1.5的比例，取乙醇加入不锈钢球磨罐中，再将球磨罐置于球磨机中，以转速为800r/min球磨18h，然后抽滤，将固相在60℃真空干燥24h，得到混合粉料；所采用的碳化硼粉料的粒径为20目，碳粉的粒径为40目，铁粉的粒径为40目；
2)在石墨模具表面涂覆高温润滑剂(六方氮化硼)，然后取19g步骤1)制得的混合粉料放入石墨模具中，将石墨模具放入热压烧结炉中，抽真空至0.05Pa以下，在10MPa的压力下预压12min，卸压，得到坯体；然后按照7℃/min的升温速率将坯体由室温升温至550℃进行第一段保温，第一段保温的时间为12min；第一段保温结束后再以5℃/min的升温速率由550℃升温至900℃，保温后的升温过程中缓慢加压至35MPa，在900℃、35MPa保温保压20min；
3)保温保压结束后，炉体通水冷却，待炉内温度降至室温后，卸压取出模具，脱模，即得。
经过测试，本实施例的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的致密度为99.1％，洛氏硬度HRC56，摩擦系数为0.1625(对磨材料为45#钢，干摩擦)，磨损率为0.000186g/mm2/h，热扩散系数为5.47mm2/s。
实施例6
本实施例的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料，由以下质量百分比的原料制成：碳化硼8％，碳0.8％，铁91.2％；碳化硼均匀地分布在碳化硼/铁隔热耐磨复合材料中。
本实施例的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)取配方量的碳化硼粉料、碳粉和铁粉混料，得到复合粉体；将复合粉体放入球磨罐中，然后按照复合粉体与乙醇按照质量比为1:4的比例，取乙醇加入不锈钢球磨罐中，再将球磨罐置于球磨机中，以转速为300r/min球磨24h，然后抽滤，将固相在110℃真空干燥6h，得到混合粉料；所采用的碳化硼粉料的粒径为4000目，碳粉的粒径为400目，铁粉的粒径为240目；
2)在石墨模具表面涂覆高温润滑剂(六方氮化硼)，然后取19g步骤1)制得的混合粉料放入石墨模具中，将石墨模具放入热压烧结炉中，抽真空至0.05Pa以下，在20MPa的压力下预压20min，卸压，得到坯体；然后按照8℃/min的升温速率将坯体由室温升温至650℃进行第一段保温，第一段保温的时间为20min；第一段保温结束后再以15℃/min的升温速率由650℃升温至1100℃，第一段保温后的升温过程中缓慢加压至10MPa，然后在1100℃、10MPa保温保压90min；
3)保温保压结束后，炉体通水冷却，待炉内温度降至室温后，卸压取出模具，脱模，即得。
经过测试，本实施例的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的致密度为99.6％，洛氏硬度为HRC63，摩擦系数为0.1606(对磨材料为45#钢，干摩擦)，磨损率为0.000032g/mm2/h，热扩散系数为3.52mm2/s。
实验例
实施例1～6中的碳化硼/铁隔热耐磨材料的摩擦系数及磨损率的测定参照GB12444.1-90中的测试方法进行，其中测试试验机型号为MMU-10G，摩擦形式为断面滑动摩擦，试验力为100N，实验转速和转数分别为400r/min和24000r。
对摩擦磨损测试后的实施例1的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料及其断面进行扫描电镜测试，分别见图2～5。由图2可以直观的观察到复合材料的表面在摩擦测试之后基本平整，说明该复合材料拥有较好的抗磨损性能；从图3中可以看出磨损测试之后，仅有少数颗粒被拔出，硬质相基本保留在了复合材料中；图4和图5显示了硬质相和基体之间的缝隙里面存在过渡相，过渡相的存在能够限制改善复合材料的机械性能和热学性能。综上，由图2～5结合测得的摩擦系数及磨损率，可知，本实施例1的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料具有良好的耐磨性能。
Claims (10)
1.一种碳化硼/铁隔热耐磨复合材料，其特征在于：由以下质量百分比的原料制成：碳化硼1～10％、碳0.1～1％、铁89～98.9％。
2.一种如权利要求1所述的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将由配方量的碳化硼、铁和碳组成的混合粉料在900～1200℃热压烧结，即得。
3.根据权利要求2所述的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：所述混合粉料由碳化硼粉料、铁粉和碳粉混合得到；所述碳化硼粉料的粒径为20～4000目，所述碳粉的粒径为40～400目，所述铁粉的粒径为40～320目。
4.根据权利要求2所述的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：所述热压烧结的压力为10～40MPa，时间为20～120min。
5.根据权利要求2所述的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：热压烧结前，将混合粉料在10～40MPa预压5～20min、卸压制成坯体。
6.根据权利要求5所述的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：将坯体升温至550～650℃保温5～20min，然后继续升温进行热压烧结。
7.根据权利要求6所述的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：保温前进行升温的速率为5～10℃/min。
8.根据权利要求6所述的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：保温后进行升温的速率为5～20℃/min。
9.根据权利要求3所述的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：所述混合为球磨；所述球磨的转速为200～800r/min，时间为4～24h。
10.根据权利要求9所述的碳化硼/铁隔热耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：所述球磨为湿法球磨；湿法球磨后，过滤、真空干燥，得到混合粉料；所述真空干燥的温度为60～110℃，时间为6～24h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711308717.2A CN109898006A (zh) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | 一种碳化硼/铁隔热耐磨复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711308717.2A CN109898006A (zh) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | 一种碳化硼/铁隔热耐磨复合材料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109898006A true CN109898006A (zh) | 2019-06-18 |
Family
ID=66942454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711308717.2A Pending CN109898006A (zh) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | 一种碳化硼/铁隔热耐磨复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109898006A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113979516A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-01-28 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种铁碳铜合金微电解复合材料及其制备方法和应用 |
| CN115248611A (zh) * | 2022-02-14 | 2022-10-28 | 郑州航空工业管理学院 | 用于Rtec多功能摩擦磨损试验机的智能控制方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080102300A1 (en) * | 2006-11-01 | 2008-05-01 | Aia Engineering, Ltd. | Wear-resistant metal matrix ceramic composite parts and methods of manufacturing thereof |
| CN103194714A (zh) * | 2012-01-05 | 2013-07-10 | 中国科学院微电子研究所 | 一种等离子喷涂制备碳化硼涂层的方法 |
| CN105483420A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-04-13 | 苏州第一元素纳米技术有限公司 | 一种纳米碳增强的耐磨复合材料 |
-
2017
- 2017-12-11 CN CN201711308717.2A patent/CN109898006A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080102300A1 (en) * | 2006-11-01 | 2008-05-01 | Aia Engineering, Ltd. | Wear-resistant metal matrix ceramic composite parts and methods of manufacturing thereof |
| CN103194714A (zh) * | 2012-01-05 | 2013-07-10 | 中国科学院微电子研究所 | 一种等离子喷涂制备碳化硼涂层的方法 |
| CN105483420A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-04-13 | 苏州第一元素纳米技术有限公司 | 一种纳米碳增强的耐磨复合材料 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 高前程: "碳化硼粉体增强铁基复合材料的制备工艺", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113979516A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-01-28 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种铁碳铜合金微电解复合材料及其制备方法和应用 |
| CN115248611A (zh) * | 2022-02-14 | 2022-10-28 | 郑州航空工业管理学院 | 用于Rtec多功能摩擦磨损试验机的智能控制方法 |
| CN115248611B (zh) * | 2022-02-14 | 2023-10-10 | 郑州航空工业管理学院 | 用于Rtec多功能摩擦磨损试验机的智能控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103145422B (zh) | 一种碳化硼-硼化钛-碳化硅高硬陶瓷复合材料及其制备方法 | |
| WO2020042950A1 (zh) | 一种短纤维增强取向max相陶瓷基复合材料及制备方法 | |
| CN102219536B (zh) | 一种B4C/SiC晶须/SiC复相陶瓷基复合材料及其制备方法 | |
| CN110128146B (zh) | 一种具有多功能的碳化硼基复相陶瓷及其反应热压烧结制备方法 | |
| CN105967691B (zh) | 热压烧结制备SiC/C陶瓷复合材料的方法 | |
| CN100396650C (zh) | 一种Ti2AlC陶瓷材料的制备方法 | |
| CN115180960B (zh) | 一种氮化硅陶瓷烧结体及其制备方法 | |
| CN109898006A (zh) | 一种碳化硼/铁隔热耐磨复合材料及其制备方法 | |
| US20230303453A1 (en) | Crack self-healing functionally gradient material for ceramic cutting tools and preparation method thereof | |
| CN104045350A (zh) | 一种采用反应烧结工艺制备氮化硅-碳化硅复合陶瓷材料的方法 | |
| CN111004036A (zh) | 一种高致密度六方氮化硼基固体润滑复合材料及其制备方法 | |
| CN103173675A (zh) | 一种铁铝碳化钛复合材料的制备方法 | |
| CN107500767B (zh) | 碳化铀芯块及其制备方法、燃料棒 | |
| CN109136713A (zh) | 一种制备高强度高韧性WC-Co硬质合金的方法 | |
| CN113149676B (zh) | 一种利用两步法烧结原位增韧碳化硼基复相陶瓷的方法 | |
| CN100429326C (zh) | 一种铝碳二铬块体材料的制备方法 | |
| CN108017392A (zh) | 梯度及非梯度SiCw增韧硼化物基复合陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN109160814A (zh) | 一种原位碳化硅-铁硅复合材料及其制备方法 | |
| CN111515404B (zh) | 一种cBN/Al复合材料的制备方法 | |
| CN111606711A (zh) | 一种多晶B4C—SiC双层复合材料及其制备方法 | |
| CN105481365A (zh) | 一种高致密化碳化钛陶瓷的制备方法 | |
| CN103938051B (zh) | 耐铝液腐蚀高密度金属陶瓷材料的制备方法 | |
| CN115724664A (zh) | 一种两步烧结快速制备MCMBs/SiC复合材料的方法 | |
| CN108975918A (zh) | 一种高韧性高温结构材料MoSi2-Mo5Si3复合陶瓷的制备 | |
| CN101913871A (zh) | 耐磨陶瓷复合材料及其制备方法 |
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 |
Application publication date: 20190618 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |