CN112899508A - 一种耐熔融锌腐蚀的复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种耐熔融锌腐蚀的复合材料及其制备方法。本发明提供的复合材料的化学组成为FeB‑Mo‑AlFeNiCoCr,其显微硬度位于1405.2HV0.2~1612.5HV0.2范围内。所述复合材料的制备方法包括AlFeNiCoCr高熵合金的制备,FeB‑Mo‑AlFeNiCoCr复合粉末的制备和复合材料的制备等步骤。本发明实施例采用AlFeNiCoCr高熵合金和Mo作为粘结相,采用FeB作为硬质相,改善了传统金属陶瓷材料以Co、Ni等单质或合金作为粘结相因而容易被熔融锌腐蚀的情况,因而提高了材料的耐熔融锌腐蚀性能。另外所述复合材料的原材料成本低,所述复合材料的制备方法操作简便,所用设备平常可见,在锌工业中具有较高的应用价值。

Description

一种耐熔融锌腐蚀的复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属腐蚀与防护技术领域,特别涉及一种耐熔融锌腐蚀的复合材料及其制备方法。
背景技术
热浸镀锌是一种防护钢铁等金属材料材料免受大气环境腐蚀最经济有效的方法之一。热浸镀锌产品因其具有优良的耐腐蚀性,成型性和装饰性而被广泛应用于板、管、丝、带以及五金电器零件。然而,熔融锌对几乎全部单金属和绝大多数合金具有很强的腐蚀性。金属熔体腐蚀一直都是困扰镀锌行业的世界难题。尤其是沉浸在金属熔体中的设备或部件,受到金属熔体强烈的腐蚀,造成设备频繁更换、生产效率下降。这既带来了巨大的经济损失,又造成了资源的浪费。目前,耐熔融锌腐蚀的材料主要有钴基超合金材料、陶瓷材料以及金属陶瓷材料等。其中,钴基超合金材料价格昂贵且耐熔融锌腐蚀性能一般,陶瓷材料脆性大,容易因为裂纹的形成和扩展而失效。金属陶瓷结合了金属良好的韧性和陶瓷优异的耐腐蚀性能,相比其他材料具有更好的耐熔融锌腐蚀性能。然而,金属粘结相往往成为金属陶瓷在熔融锌中失效的主要原因。
发明内容
因此本发明实施例提供一种耐熔融锌腐蚀的复合材料及其制备方法,以FeB作为硬质相,具有良好的耐蚀性;以Mo和AlFeNiCoCr高熵合金作为粘结相,AlFeNiCoCr高熵合金改善硼化物的脆性,Mo和Zn之间的湿润性差,在450℃不和Zn发生共晶反应,以解决传统的金属陶瓷材料中粘结相的耐熔融锌腐蚀性能差的问题,从而提升材料的耐熔融锌腐蚀性能。
具体地,一方面,本发明实施例提供的一种耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法,包括步骤:
(X1)将分别具有预设质量百分比的Al粉、Fe粉、Ni粉、Co粉和Cr粉作为原料粉末进行机械合金化,最后得到机械合金化后的粉末;
(X2)将所述步骤(X1)中得到的所述机械合金化后的粉末进行第一次真空干燥,得到第一次真空干燥后的粉末;
(X3)将所述步骤(X2)中所述第一次真空干燥后的粉末放入真空烧结炉中进行第一次真空烧结、第一次研磨以及第一次筛分,得到AlFeNiCoCr高熵合金粉末;
(X4)将质量百分比为12%的所述AlFeNiCoCr高熵合金粉末、质量百分比为5%~15%的Mo粉和质量百分比为73%~83%的FeB粉进行球磨混合,得到球磨混合后的粉末;
(X5)将所述步骤(X4)中得到的所述球磨混合后的粉末进行第二次真空干燥,得到第二次真空干燥后的粉末;
(X6)将所述步骤(X5)中所述第二次真空干燥后的粉末放入所述真空烧结炉中进行第二次真空烧结、第二次研磨以及第二次筛分得到复合粉末;
(X7)将所述步骤(X6)中得到的所述复合粉末进行放电等离子烧结,得到所述耐熔融锌腐蚀的复合材料。
在本发明的一个实施例中,所述步骤(X1)具体包括:
进行所述机械合金化前还加入所述原料粉末总质量的1wt.%的聚乙二醇,从而将所述原料粉末和所述聚乙二醇进行所述机械合金化,得到所述机械合金化后的粉末。
在本发明的一个实施例中,所述步骤(X1)中的所述机械合金化时间为50~60h、转速为300~350r/min、球料比为8:1~12:1。
在本发明的一个实施例中,所述步骤(X2)中的所述第一次真空干燥和所述步骤(X5)中的所述第二次真空干燥的条件相同,包括:温度为80~110℃、真空度为-0.1MPa以及时间为8~24h。
在本发明的一个实施例中,所述步骤(X3)中的所述第一次真空烧结和所述步骤(X6)中的所述第二次真空烧结的工艺相同,包括:将所述真空烧结炉抽真空至1×10-8MPa,以1~3℃/min的速率从室温升温至100℃,以3~5℃/min的速率从100℃升温至360~430℃、并在360~430℃保温70~100min,再以8~10℃/min的速率从360~430℃升温至950~1050℃、并在950~1050℃保温120~180min,最后随炉冷却至室温。
在本发明的一个实施例中,所述步骤(X4)中的所述球磨混合的时间为1~3h、转速为150~250r/min、球料比为2:1~5:1。
在本发明的一个实施例中,所述步骤(X7)中的所述放电等离子烧结的压力为50~90MPa;所述放电等离子烧结的升温程序为:以160~210℃/min的升温速率从室温升温到850~1100℃;然后以25~55℃/min的升温速率从850~1100℃升温到1200~1500℃,保温4~10min;最后随炉冷却至室温。
另一方面,本发明实施例提供一种耐熔融锌腐蚀的复合材料,由如下按百分比计的组分构成:FeB粉73%~83%,Mo粉5%~15%,AlFeNiCoCr高熵合金粉末12%;其中,所述复合材料的显微硬度位于1405.2HV0.2~1612.5HV0.2范围内。
在本发明的一个实施例中,所述AlFeNiCoCr高熵合金粉末由以下按质量百分比的组分构成:Al粉1.96%~2.9%,Fe粉24.6%~48.73%,Ni粉17.11%~25.35%,Co粉17.11%~25.35%和Cr粉15.09%~22.34%。
在本发明的一个实施例中,所述AlFeNiCoCr高熵合金粉末由以下按质量百分比的组分构成:Al粉2.9%,Fe粉24.06%,Ni粉25.35%,Co粉25.35%和Cr粉22.34%。
上述技术方案可以具有如下一个或多个优点:(1)本发明实施例提供的耐熔融锌腐蚀的复合材料采用FeB作为硬质相,采用AlFeNiCoCr高熵合金和Mo作为粘结相,AlFeNiCoCr高熵合金中的元素固溶到FeB和真空烧结过程形成的Fe2B,Mo元素本身具有优良的耐熔融锌腐蚀性能,在450℃不和Zn发生共晶反应,从而弥补了粘结相耐熔融锌腐蚀性能差的不足。(2)本发明实施例提供的耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法操作简便,所用设备平常可见,原材料获取方便,有利于生产应用。
附图说明
图1为AlFeNiCoCr高熵合金粉末在真空烧结以后的扫描电镜图,其中a,b,c分别为Al0.25FeNiCoCr、Al0.25Fe2NiCoCr、Al0.25Fe3NiCoCr高熵合金粉末在真空烧结以后的扫描电镜图;
图2为FeB-Mo-AlFeNiCoCr复合粉末在球磨混合之后的扫描电镜图,其中a,b,c分别为FeB-5wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr、FeB-10wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr、FeB-15wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr复合粉末在球磨混合之后的扫描电镜图;
图3为FeB-Mo-12wt.%AlFeNiCoCr复合粉末在球磨混合之后的XRD图谱;
图4为FeB-Mo-AlFeNiCoCr复合粉末在真空烧结之后的扫描电镜图,其中a,b,c分别为FeB-5wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr、FeB-10wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr、FeB-15wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr复合粉末在真空烧结之后的扫描电镜图;
图5为FeB-Mo-AlFeNiCoCr复合粉末在真空烧结之后的XRD图谱;
图6为FeB-Mo-AlFeNiCoCr复合材料的扫描电镜图,其中a,b,c分别为FeB-5wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr、FeB-10wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr、FeB-15wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr复合材料的扫描电镜图;
图7为FeB-10wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr复合材料在450℃熔融锌中腐蚀30天以后的扫描电镜图;
图8为FeB-15wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr复合材料在450℃熔融锌中腐蚀5天以后的扫描电镜图;
图9为本发明一个实施例公开的一种耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致的描述,但本发明的保护范围并不限于以下实施例。
除非另有定义,下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例,并不是旨在限制本发明的保护范围。
参见图9,其为本发明一个实施例公开的一种耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法的流程。具体地,本发明一个实施例提供的一种耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法:
(S1)将分别具有预设质量百分比的Al粉、Fe粉、Ni粉、Co粉和Cr粉作为原料粉末加入球磨机进行机械合金化。具体地,以8:1~12:1的球料比(质量比)加入磨球,并倒入所述原料粉末总质量的1wt.%的聚乙二醇以提升粉末在真空烧结的成型性,以300~350r/min的转速球磨50~60h,得到混合均匀的机械合金化后的粉末。所述预设质量百分比例如为:Al粉1.96%~2.9%,Fe粉24.6%~48.73%,Ni粉17.11%~25.35%,Co粉17.11%~25.35%和Cr粉15.09%~22.34%。当然,所述预设质量百分比还可以为其它比例,本发明并不以此为限。
(S2)将所述机械合金化后的粉末进行第一次真空干燥,得到第一次真空干燥后的粉末。具体地,所述第一次真空干燥包括将步骤(S1)得到的所述机械合金化后的粉末在80~110℃、-0.1MPa的真空环境下干燥8~24h,得到所述第一次真空干燥后的粉末。
(S3)将步骤(S2)得到的所述第一次真空干燥后的粉末放入真空烧结炉中进行第一次真空烧结、第一次研磨以及第一次筛分得到AlFeNiCoCr高熵合金粉末。其中,所述第一次真空烧结具体包括:将所述真空烧结炉抽真空至1×10-8MPa,以1~3℃/min的速率从室温升温至100℃,以3~5℃/min的速率从100℃升温至360~430℃、并在360~430℃保温70~100min,再以8~10℃/min的速率从360~430℃升温至950~1050℃、并在950~1050℃保温120~180min,最后随炉冷却至室温。然后,取出烧结后的胚体,并利用研钵第一次研磨所述胚体,然后用60目~400目不锈钢筛子进行所述第一次筛分,得到所述AlFeNiCoCr高熵合金粉末。
(S4)将质量百分比12%的所述AlFeNiCoCr高熵合金粉末、质量百分比为5%~15%的Mo粉和质量百分比为73%~83%的FeB粉进行球磨混合,以球料比2:1~5:1(质量比)装入磨球,并加入球磨前原料粉末总质量的1wt.%的聚乙二醇以提升粉末在真空烧结的成型性,以150~250r/min的转速球磨1~3h,得到球磨混合后的粉末。
(S5)将步骤(S4)中得到的所述球磨混合后的粉末进行第二次真空干燥,得到第二次真空干燥后的粉末,其中所述第二次真空干燥的工艺与步骤(S2)中的所述第一次真空干燥工艺相同。
(S6)将步骤(S5)中所述第二次真空干燥后的粉末放入所述真空烧结炉中进行第二次真空烧结、第二次研磨以及第二次筛分,得到FeB-Mo-AlFeNiCoCr复合粉末。其中所述第二次真空烧结的工艺与步骤(S3)中所述第一次真空烧结工艺相同。
(S7)将步骤(S6)中得到的所述FeB-Mo-AlFeNiCoCr复合粉末进行放电等离子烧结,得到FeB-Mo-AlFeNiCoCr复合材料。具体地,所述放电等离子烧结的压力为50~90MPa;所述放电等离子烧结的升温程序为:以160~210℃/min的升温速率从室温升温到850~1100℃;然后以25~55℃/min的升温速率从850~1100℃升温到1200~1500℃,保温4~10min;最后随炉冷却至室温。
本发明实施例通过上述步骤,最后得到的所述FeB-Mo-AlFeNiCoCr复合材料为块状、条状等非粉末状样品,可以直接采用该复合材料制备成耐熔融锌腐蚀的零件、设备等,例如为热浸镀锌工艺中用到的沉没辊、用于夹持镀件的夹具等。
为便于更好地理解本发明实施例,下面通过六个试验详细说明本发明实施例的耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法。
(1)AlFeNiCoCr高熵合金的制备:
【试验一】
(X1)按照各元素质量百分比:Al粉2.9%、Fe粉24.06%、Ni粉25.35%、Co粉25.35%以及Cr粉22.34%,利用例如电子天平分别称量纯度均为99.9%、平均粒径为2μm的Al粉1.450g、Fe粉12.030g、Ni粉12.675g、Co粉12.675g以及Cr粉11.170g共50.000g加入到球磨机的球磨罐中,另外加入质量为原料粉末1%的聚乙二醇,即50×1%=0.5g聚乙二醇,以10:1的球料比(质量比)加入不锈钢磨球,并倒入45ml无水乙醇,以300r/min的转速球磨50h,得到机械合金化后的粉末。
(X2)将步骤(X1)得到的机械合金化后的粉末进行真空干燥,在100℃、-0.1MPa的真空环境干燥24h,得到真空干燥后的粉末。
(X3)将步骤(X2)得到的真空干燥后的粉末放入真空烧结炉中进行真空烧结、研磨以及筛分。其中,真空烧结具体包括:将真空烧结炉抽真空至1×10-8MPa,以2℃/min的速率从室温升温至100℃,以5℃/min的速率从100℃升温至960℃、并在960℃保温16min,最后随炉冷却至室温;然后取出烧结后的胚体、并利用研钵研磨所述胚体,采用60目不锈钢筛子筛分,得到Al0.25FeNiCoCr高熵合金粉末,其形貌如图1(a)所示。
【试验二】
【试验二】中的制备方法与【试验一】大多相同,不同的是:
1)步骤(X1):按照各元素质量百分比:Al粉2.34%、Fe粉38.79%、Ni粉20.43%、Co粉20.43%以及Cr粉18.01%。例如分别用电子天平分别称量纯度99.9%、平均粒径为2μm的Al粉1.404g、Fe粉23.274g、Ni粉12.258g、Co粉12.258g以及Cr粉10.806g共60.000g加入到球磨机的球磨罐中,另外加入0.6000g聚乙二醇,以10:1的球料比(质量比)加入不锈钢磨球,并倒入55ml无水乙醇,以300r/min的转速球磨55h,得到机械合金化后的粉末。
2)步骤(X3):得到Al0.25Fe2NiCoCr高熵合金粉末,其形貌如图1(b)所示。
【试验三】
【试验三】的制备方法与【试验一】的大多相同,不同的是:
1)步骤(X1):按照各元素质量百分比:Al粉1.96%、Fe粉48.73%、Ni粉17.11%、Co粉17.11%以及Cr粉15.09%,利用例如电子天平分别称量纯度为99.9%、平均粒径为2μm的Al粉1.176g、Fe粉29.238g、Ni粉10.266g、Co粉10.266g以及Cr粉9.054g共60.000g加入到球磨机的球磨罐中,另外加入0.600g聚乙二醇,以11:1的球料比(质量比)加入不锈钢磨球,并倒入60ml无水乙醇,以320r/min的转速球磨60h,得到机械合金化后的粉末。
2)步骤(X3):得到Al0.25Fe3NiCoCr高熵合金粉末,其形貌如图1(c)所示。
(二)FeB-Mo-AlFeNiCoCr复合材料的制备:
【试验四】
(Y1)按照质量百分比:Al0.25FeNiCoCr高熵合金粉末12%、Mo粉5%以及Fe粉83%,例如利用电子天平分别称量Al0.25FeNiCoCr高熵合金粉末7.200g、Mo粉3.000g以及FeB粉49.800g共60.000g放入球磨机的球磨罐中,另外加入0.600g的聚乙二醇,以3:1的球料比(质量比)装入不锈钢磨球,并倒入50ml无水乙醇,以200r/min的转速球磨2h,得到球磨混合后的粉末;其中前述Al0.25FeNiCoCr高熵合金粉末,例如为【试验一】中步骤(X3)得到的Al0.25FeNiCoCr高熵合金粉末。
(Y2)将步骤(Y1)得到的球磨混合后的粉末进行真空干燥,在90℃、-0.1MPa的真空环境干燥24h。
(Y3)将步骤(Y2)真空干燥后的粉末放入真空烧结炉进行真空烧结、研磨以及筛分,得到FeB-5wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr复合粉末,其形貌如图4(a)所示。其中,真空烧结包括:将所述真空烧结炉抽真空至1×10-8MPa,以2℃/min的速率从室温升温至100℃,以5℃/min的速率从100℃升温至400℃、并在400℃保温90min,再以8℃/min的速率从400℃升温至1000℃、并在1000℃保温160min,最后随炉冷却至室温。此处,本步骤中的研磨工艺与【试验一】中的研磨工艺相同,筛分采用400目不锈钢筛子。
(Y4)将步骤(Y3)得到的FeB-5wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr复合粉末进行放电等离子烧结,其中,放电等离子烧结的压力为60MPa;放电等离子烧结的升温程序为:以160℃/min的升温速率从室温升温到900℃;然后以50℃/min的升温速率从900℃升温到1400℃、并在1400℃保温6min;最后随炉冷却至室温,得到耐熔融锌腐蚀的FeB-5wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr复合材料,其形貌如图6(a)所示。
【试验五】
【试验五】中的制备方法与【试验四】的大多相同,不同的是:
1)步骤(Y1):按照质量百分比:Al0.25FeNiCoCr高熵合金粉末12%、Mo粉10%以及Fe粉78%,例如利用电子天平分别称量Al0.25FeNiCoCr高熵合金粉末7.200g、Mo粉6.000g以及FeB粉46.800g共60.000g放入球磨机的球磨罐中进行球磨混粉,得到球磨混合后的粉末;
2)步骤(Y3):得到FeB-10wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr复合粉末,其形貌如图4(b)所示。
3)步骤(Y4):得到FeB-10wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr复合材料,其形貌如图6(b)所示。
【试验六】
【试验六】中的制备方法与【试验四】的大多相同,不同的是:
1)步骤(Y1):按照质量百分比:Al0.25FeNiCoCr高熵合金粉末12%、Mo粉15%以及Fe粉73%,例如利用电子天平分别称量Al0.25FeNiCoCr高熵合金粉末7.200g、Mo粉9.000g以及FeB粉43.800g共60.000g放入球磨机的球磨罐中进行球磨混粉,得到球磨混合后的粉末;
2)步骤(Y3):得到FeB-15wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr复合粉末,其形貌如图4(c)所示。
3)步骤(Y4):得到FeB-15wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr复合材料,其形貌如图6(c)所示。
为了验证上述各制备方法得到的FeB-Mo-Al0.25FeNiCoCr复合材料的耐腐蚀性能,本发明还对其进行耐熔融锌腐蚀性能试验。首先将试样置于盛放熔融锌的不同石墨坩埚中,利用井式炉对这些石墨坩埚进行加热,并且使得熔融锌的温度保持在450℃,分别腐蚀5天、10天、20天和30天以后将试样取出,然后运用扫描电子显微镜分析复合材料与熔融锌之间的腐蚀界面的组织形貌,再使用能谱仪测定试样在熔融锌中腐蚀以后的元素分布情况。
对上述不同分组试验得到的FeB-Mo-Al0.25FeNiCoCr粉末和复合材料进行形貌、物相和性能的检测与分析:
1)图1为AlFeNiCoCr高熵合金粉末在真空烧结以后的扫描电镜图,其中a,b,c分别为Al0.25FeNiCoCr、Al0.25Fe2NiCoCr、Al0.25Fe3NiCoCr高熵合金粉末在真空烧结以后的扫描电镜图。如图1所示,随着Fe元素含量增加,烧结以后的粉末粒径逐渐变粗。然而,使用细粉末制备复合材料,会使得复合材料更加致密,熔融锌更加难以渗透到材料内部。由此可见,可优选Al0.25FeNiCoCr高熵合金粉末来制备复合材料。
2)图2为FeB-Mo-AlFeNiCoCr复合粉末在球磨混合之后的扫描电镜图,其中a,b,c分别为FeB-5wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr、FeB-10wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr、FeB-15wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr复合粉末在球磨混合之后的扫描电镜图。如图2所示,球磨以后的复合粉末都很均匀、呈多边棱角形状。
3)图3为FeB-Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr复合粉末在球磨混合之后的XRD图谱。如图3所示,球磨以后的复合粉末的物相由FeB、Mo和FCC固溶体(Al0.25FeNiCoCr高熵合金)组成,在球磨过程中没有发生相变。
4)图4为FeB-Mo-AlFeNiCoCr复合粉末在真空烧结之后的扫描电镜图,其中a,b,c分别为FeB-5wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr、FeB-10wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr、FeB-15wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr复合粉末在真空烧结之后的扫描电镜图。如图4所示,真空烧结以后的粉末都很均匀且粒径尺寸接近。
5)图5为FeB-Mo-AlFeNiCoCr复合粉末在真空烧结之后的XRD图谱;如图5所示,真空烧结以后复合粉末的物相由FeB、Fe2B和Mo组成,在真空烧结过程中部分FeB转变为Fe2B,粘结相中的高熵合金固溶到FeB和Fe2B,而粘结相中的Mo没有发生化学反应形成新的物相。本发明创造性地采用AlFeNiCoCr高熵合金和Mo作为粘结相,且AlFeNiCoCr高熵合金固溶到FeB和Fe2B来改善它们的脆性,而Mo本身具有优良的耐熔锌腐蚀性能,在450℃不和Zn发生共晶反应,解决了目前的金属陶瓷或复合材料常常由于粘结相而在熔融锌中失效的问题,也即达到了意想不到的效果。
6)图6为FeB-Mo-AlFeNiCoCr复合材料的扫描电镜图,其中a,b,c分别为FeB-5wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr、FeB-10wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr、FeB-15wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr复合材料的扫描电镜图,其中黑色的代表孔洞。
7)图7为FeB-10wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr复合材料在450℃熔融锌中腐蚀30天以后的扫描电镜图,其中a为腐蚀界面形貌,b为腐蚀界面的Zn元素分布。如图7(a)所示,从右往左依次是:锌层、基体。在450℃熔融锌中腐蚀30天以后,Zn元素主要是扩散到复合材料中,而没有对复合材料形成强烈的溶解和腐蚀,表明该复合材料具有优异的耐熔融锌腐蚀性能,这主要归因于复合材料中硬质相和粘结相的物相组成。
8)图8为FeB-15wt.%Mo-12wt.%Al0.25FeNiCoCr复合材料在450℃熔融锌中腐蚀5天以后的扫描电镜图。如图8所示,在450℃熔融锌中腐蚀5天之后,该复合材料几乎还没有被熔融锌腐蚀,表明其在熔融锌中表现出优异的耐腐蚀性能。
除此之外,本发明还通过使用MH-5L显微维氏硬度计对FeB-Mo-Al0.25FeNiCoCr复合材料试样进行显微硬度测试。其中,载荷为200g,加载时间为15秒,每个试样选取6个不同的位置,得到试样的显微硬度位于1405.2HV0.2~1612.5HV0.2范围内。
上述技术方案可以具有如下一个或多个优点:(1)本发明实施例提供的耐熔融锌腐蚀的复合材料采用FeB作为硬质相,采用AlFeNiCoCr高熵合金和Mo作为粘结相,AlFeNiCoCr高熵合金中的元素固溶到FeB和真空烧结过程形成的Fe2B,Mo元素本身具有优良的耐熔融锌腐蚀性能,在450℃不和Zn发生共晶反应,从而弥补了粘结相耐熔融锌腐蚀性能差的不足。(2)本发明实施例提供的耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法操作简便,所用设备平常可见,原材料获取方便,有利于生产应用。
最后应说明的是:实施例只是为了便于理解本发明的技术方案,并不构成对本发明保护范围的限制,凡是脱离本发明技术方案的内容或依据本发明的技术实质对以上方案所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法,其特征在于,包括步骤:
(X1)将分别具有预设质量百分比的Al粉、Fe粉、Ni粉、Co粉和Cr粉作为原料粉末进行机械合金化,最后得到机械合金化后的粉末;
(X2)将所述步骤(X1)中得到的所述机械合金化后的粉末进行第一次真空干燥,得到第一次真空干燥后的粉末;
(X3)将所述步骤(X2)中所述第一次真空干燥后的粉末放入真空烧结炉中进行第一次真空烧结、第一次研磨以及第一次筛分,得到AlFeNiCoCr高熵合金粉末;
(X4)将质量百分比为12%的所述AlFeNiCoCr高熵合金粉末、质量百分比为5%~15%的Mo粉和质量百分比为73%~83%的FeB粉进行球磨混合,得到球磨混合后的粉末;
(X5)将所述步骤(X4)中得到的所述球磨混合后的粉末进行第二次真空干燥,得到第二次真空干燥后的粉末;
(X6)将所述步骤(X5)中所述第二次真空干燥后的粉末放入所述真空烧结炉中进行第二次真空烧结、第二次研磨以及第二次筛分得到复合粉末;
(X7)将所述步骤(X6)中得到的所述复合粉末进行放电等离子烧结,得到所述耐熔融锌腐蚀的复合材料。
2.如权利要求1所述的耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(X1)具体包括:
在进行所述机械合金化前还加入所述原料粉末总质量的1wt.%的聚乙二醇,从而将所述原料粉末和所述聚乙二醇进行所述机械合金化,得到所述机械合金化后的粉末。
3.如权利要求1所述的耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(X1)中的所述机械合金化时间为50~60h、转速为300~350r/min、球料比为8:1~12:1。
4.如权利要求1所述的耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(X2)中的所述第一次真空干燥和所述步骤(X5)中的所述第二次真空干燥的条件相同,包括:温度为80~110℃、真空度为-0.1MPa以及时间为8~24h。
5.如权利要求1所述的耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(X3)中的所述第一次真空烧结和所述步骤(X6)中的所述第二次真空烧结的工艺相同,包括:将所述真空烧结炉抽真空至1×10-8MPa,以1~3℃/min的速率从室温升温至100℃,以3~5℃/min的速率从100℃升温至360~430℃、并在360~430℃保温70~100min,再以8~10℃/min的速率从360~430℃升温至950~1050℃、并在950~1050℃保温120~180min,最后随炉冷却至室温。
6.如权利要求1所述的耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(X4)中的所述球磨混合的时间为1~3h、转速为150~250r/min、球料比为2:1~5:1。
7.如权利要求1所述的耐熔融锌腐蚀的复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(X7)中的所述放电等离子烧结的压力为50~90MPa;所述放电等离子烧结的升温程序为:以160~210℃/min的升温速率从室温升温到850~1100℃;然后以25~55℃/min的升温速率从850~1100℃升温到1200~1500℃,保温4~10min;最后随炉冷却至室温。
8.一种耐熔融锌腐蚀的复合材料,其特征在于,由如下按百分比计的组分构成:FeB粉73%~83%,Mo粉5%~15%,AlFeNiCoCr高熵合金粉末12%;其中,所述复合材料的显微硬度位于1405.2HV0.2~1612.5HV0.2范围内。
9.如权利要求8中所述的耐熔融锌腐蚀的复合材料,其特征在于,所述AlFeNiCoCr高熵合金粉末由以下按质量百分比的组分构成:Al粉1.96%~2.9%,Fe粉24.6%~48.73%,Ni粉17.11%~25.35%,Co粉17.11%~25.35%和Cr粉15.09%~22.34%。
10.如权利要求9中所述的耐熔融锌腐蚀的复合材料,其特征在于,所述AlFeNiCoCr高熵合金粉末由以下按质量百分比的组分构成:Al粉2.9%,Fe粉24.06%,Ni粉25.35%,Co粉25.35%和Cr粉22.34%。
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