CN113512658B - 一种抑制Ti3AlC2分解用Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种抑制Ti3AlC2分解用Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113512658B CN113512658B CN202110673461.5A CN202110673461A CN113512658B CN 113512658 B CN113512658 B CN 113512658B CN 202110673461 A CN202110673461 A CN 202110673461A CN 113512658 B CN113512658 B CN 113512658B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- alc
- composite material
- ball milling
- sintering
- 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.)
- Active
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 title claims abstract description 8
- 229910009818 Ti3AlC2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 72
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims abstract description 68
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 56
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000000754 repressing effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 139
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 18
- 238000004886 process control Methods 0.000 claims description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical group CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims description 15
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 10
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 9
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 claims description 9
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- 238000003303 reheating Methods 0.000 claims 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 abstract description 67
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 17
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 abstract description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 4
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 abstract description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 abstract description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 33
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 24
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 24
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 16
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 12
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 6
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001272 pressureless sintering Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000002783 friction material Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 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
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000011156 metal matrix composite Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009692 water atomization Methods 0.000 description 1
Images
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
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/16—Both compacting and sintering in successive or repeated steps
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
- C22C32/0052—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C9/00—Alloys based on copper
Abstract
本发明公开了一种抑制Ti3AlC2分解用Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料及其制备方法，在Cu基体中掺杂不同含量的Ni元素抑制Ti3AlC2陶瓷在高温下扩散分解，然后通过球磨、冷压、烧结、烧结、复压和复烧后，获得Ti3AlC2未分解的Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料。本发明通过加入Ni元素掺杂之后，Ti3AlC2/Cu复合材料组织由Ti3AlC2、TiCx、NixAl、NixTi和α‑铜基体组成，随着Ti3AlC2陶瓷的体积分数的增加，组织形貌由增强相细小弥散分布转变网状连续分布，孔洞数量和体积相比与传统Ti3AlC2/Cu复合材料得到了减少，特别是当Ti3AlC2体积分数大于40％时，孔洞减少显著。通过Ni元素掺杂之后在增强相晶界处生成了NixAl和NixTi化合物，抑制了Al元素的扩散，有效抑制Ti3AlC2陶瓷的高温分解，为Ti3AlC2/Cu复合材料的大规模推广提供了一种可行的制备方法。
Description
技术领域
本发明属于铜基复合材料制备技术领域，具体涉及一种抑制Ti3AlC2分解用 Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料及其制备方法。
背景技术
三元层状陶瓷MAX相化合物(Mn+1AXn，其中M为过渡金属元素，A主要为III或IV族元素，X为C或N原子，n＝1、2、3、4、5等)，因其多层次结构 (电子结构、晶体结构和显微结构)，独特的化学键而兼具金属和陶瓷的性质，具有高模量，优良的导热导电性，微观塑性变形能力及高的损伤容限。又因MAX 相陶瓷具有层状结构而具备一定程度的自润滑性能，使其在摩擦材料方面具有极大的应用前景。相关研究表明，以三元层状陶瓷作为增强相与金属材料复合可以明显改善金属基复合材料的力学性能和摩擦磨损性能。铜基合金具有优秀的导电导热性，良好的摩擦性能和耐蚀性能已广泛应用于各个领域。
目前相关报道采用Ti3AlC2陶瓷作为增强相与铜基体制备的复合材料已研究开发用于高速铁路受电弓滑板及气箔轴承。但由于Ti3AlC2/Cu复合材料在制备过程中，当烧结温度超过600℃时，Ti3AlC2陶瓷会受热分解，Al元素发生扩散，组织由Ti3AlC2相转变为TiC相，三元层状结构发生破坏，复合材料组织中的 Ti3AlC2陶瓷无法发挥其优良的性能优势。此外，Ti3AlC2/Cu的界面结合强度不高，润湿性较差，限制了材料的推广与应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种抑制Ti3AlC2分解用Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料及其制备方法，使Ti3AlC2在烧结过程中不发生分解，并保证其在复合材料中发挥性能优势。
本发明采用以下技术方案：
一种抑制Ti3AlC2分解用Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将Ti3AlC2粉末、Ni粉和Cu粉混合后进行球磨处理；
S2、将球磨处理后的粉末装入模具中进行冷压和烧结处理；
S3、将烧结完成的块体进行复压和复烧处理，获得含量10Vol.％～45Vol的Ti3AlC2未分解Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料。
具体的，步骤S1中，将球磨后的粉末进行EDS能谱分析，观察Ni粉是否在粉末中分散均匀，若未分散均匀，则重新球磨0.5～1.5小时，并重新进行EDS 能谱分析观察。
具体的，步骤S1中，Ti3AlC2粉末、Ni粉和Cu粉的成分比例为：Ti3AlC2粉末成分为10Vol.％～45Vol.％，Ni粉的成分为8Vol.％～10Vol.％，Cu粉的成分为 45Vol.％～82Vol.％。
具体的，步骤S1中，Ti3AlC2粉末的粒度为150～300目，纯度为97.5％～99.5％，形状结构不规则；Ni粉的粒度为250～325目，纯度为98.5％～99.9％，水雾化球形粉；Cu粉的粒度为325～400目，纯度为98.5％～99.9％，水雾化球形粉。
具体的，步骤S1中，球磨参数为球磨罐容积为0.5～1L，球磨时间为1～2.5 小时，球磨速度为150～250rpm，球料比为(5～10)∶1，过程控制剂为乙醇或丙酮溶液，过程控制剂比例为1∶(1～1.5)。
具体的，步骤S2中，冷压处理的载荷为300～600MPa，保载时间为1～3min。
具体的，步骤S2中，烧结处理的升温速度为10～20℃/min，烧结温度为 750～850℃，保温时间为40～60min。
具体的，步骤S3中，复压处理的载荷为300～600MPa，保载时间为1～3min。
具体的，步骤S3中，复烧处理的升温速度为20～30℃/min，温度为780～810℃，保温时间为40～60min。
本发明的另一技术方案是，抑制Ti3AlC2分解用Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种抑制Ti3AlC2分解用Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料的制备方法，通过加入Ni元素掺杂之后，Ti3AlC2/Cu复合材料组织由Ti3AlC2、TiCx、NixAl、 NixTi和α-铜基体组成，随着Ti3AlC2陶瓷的体积分数的增加，组织形貌由增强相细小弥散分布转变网状连续分布，孔洞数量和体积相比与传统Ti3AlC2/Cu复合材料得到了减少，特别是当Ti3AlC2体积分数大于40％时，孔洞减少显著。通过 Ni元素掺杂之后在增强相晶界处生成了NixAl和NixTi化合物，抑制了Al元素的扩散，有效抑制Ti3AlC2陶瓷的高温分解，为Ti3AlC2/Cu复合材料的大规模推广提供了一种可行的制备方法。
进一步的，将球磨后的粉末进行EDS能谱分析，观察Ni粉是否在粉末中分散均匀，若未分散均匀，则重新球磨0.5～1.5小时，并重新进行EDS能谱分析观察，能够精确控制Ni粉在球磨粉体中的分散性，保证Ni元素掺杂的均匀化。
进一步的，在力学性能方面，加入Ni元素掺杂之后，Ti3AlC2/Cu复合材料的力学性能得到了提高；其中，低含量Ti3AlC2复合材料的硬度有所提高，高含量Ti3AlC2复合材料的硬度稍微有所下降，而低含量Ti3AlC2复合材料的抗弯强度有所下降，高含量Ti3AlC2复合材料的抗弯强度得到了显著提高，特别是当Ti3AlC2含量为45％时，掺杂Ni元素后抗弯强度从33.78MPa升高到84.23MPa。
进一步的，Ti3AlC2粉末的粒度为150～300目，纯度为97.5％～99.5％，形状结构不规则；Ni粉的粒度为250～325目，纯度为98.5％～99.9％，水雾化球形粉； Cu粉的粒度为325～400目，纯度为98.5％～99.9％，水雾化球形粉，可以保证杂质降低到最小程度，使晶界和相界无有害相析出，进一步提升材料性能。
进一步的，球磨参数为球磨罐容积为0.5～1L，球磨时间为1～2.5小时，球磨速度为150～250rpm，球料比为(5～10)∶1，过程控制剂为乙醇或丙酮溶液，过程控制剂比例为1∶(1～1.5)，保证Ni粉能够有效在复合材料中分布，从而发挥最大的抑制分解作用。
进一步的，冷压处理的载荷为300～600MPa，保载时间为1～3min，使Ti3AlC2粉末在烧结过程呈弥散分布，冷压工艺可以直接进行坯体成型，同时防止烧结过程中Ti3AlC2粉末分解。
进一步的，烧结处理的升温速度为10～20℃/min，烧结温度为750～850℃，保温时间为40～60min，使Ti3AlC2粉末在烧结过程呈弥散分布，冷压工艺可以直接进行坯体成型，同时防止烧结过程中Ti3AlC2粉末分解。
进一步的，复压处理的载荷为300～600MPa，保载时间为1～3min，可以有效降低烧结坯体的孔隙率，提高致密度，进一步提升材料力学性能。
进一步的，复烧处理的升温速度为20～30℃/min，温度为780～810℃，保温时间为40～60min，可以有效降低烧结坯体的孔隙率，提高致密度，进一步提升材料力学性能。
综上所述，本发明有效抑制Ti3AlC2陶瓷在高温下扩散分解，同时提高了复合材料的硬度和抗弯强度等力学性能，为Ti3AlC2/Cu复合材料的大规模推广提供了一种可行的制备方法。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料的扫描电子显微镜微观组织低倍形貌；
图2为Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料的扫描电子显微镜微观组织高倍形貌；
图3为Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料的界面扫描电子显微镜微观组织高倍形貌；
图4为Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料的界面线扫描峰图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
本发明提供了一种抑制Ti3AlC2分解用Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料及其制备方法，采用Ni掺杂+二次烧结制备技术工艺，根据10Vol.％～70Vol.％Ti3AlC2含量的Ti3AlC2/Cu复合材料的不同分解机制，在Cu基体中掺杂不同含量的Ni元素抑制Ti3AlC2陶瓷在高温下扩散分解，然后通过球磨、冷压、烧结、烧结、复压和复烧后，获得Ti3AlC2未分解的Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料。本发明有效抑制 Ti3AlC2陶瓷在高温下扩散分解，同时提高了复合材料的硬度和抗弯强度等力学性能，为Ti3AlC2/Cu复合材料的大规模推广提供了一种可行的制备方法。
本发明一种抑制Ti3AlC2分解用Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将Ti3AlC2粉末、Ni粉和Cu粉按一定成分比例进行配比，并倒入球磨罐中进行球磨；
Ti3AlC2粉末、Ni粉和Cu粉的成分比例为：Ti3AlC2粉末成分为 10Vol.％～45Vol.％，Ni粉的成分为8Vol.％～10Vol.％，Cu粉的成分为 45Vol.％～82Vol.％。
Ti3AlC2粉末的粒度为150～300目、纯度为97.5％～99.5％，且形状结构不规则；Ni粉的粒度为250～325目、纯度为98.5％～99.9％，水雾化球形粉；Cu粉的粒度为325～400目、纯度为98.5％～99.9％，水雾化球形粉。
球磨参数为球磨罐容积为0.5～1L，球磨时间为1～2.5小时，球磨速度为 150～250rpm，球料比(质量比)为(5～10)∶1，过程控制剂为乙醇或丙酮溶液，过程控制剂比例为1∶(1～1.5)，磨球采用玛瑙或SiN磨球。
将球磨后的粉末进行EDS能谱分析，观察Ni粉是否在粉末中分散均匀，若未分散均匀，则重复上一步骤，重新球磨0.5～1.5小时，并重新进行EDS能谱分析观察；
S2、将球磨好、分散均匀的粉末装入模具中，进行冷压和烧结处理；
采用尺寸为直径φ20～80mm，长度50～100mm的圆柱型模具；或者体积不超过80mm×80mm×80mm的长方体模具；冷压参数为载荷300～600MPa，保载时间为1～3min。
烧结参数为升温速度10～20℃/min，烧结温度750～850℃，保温时间为 40～60min，无压烧结，将试样放入石墨坩埚，试样与坩埚之间放置石墨纸进行隔绝。
S3、将烧结完成的块体进行复压、复烧处理。
复压参数为载荷300～600MPa，保载时间为1～3min。
复烧参数的升温速度为20～30℃/min，温度为780～810℃，保温时间为 40～60min，无压烧结，将试样放入石墨坩埚，试样与坩埚之间放置石墨纸进行隔绝。
Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料相比于传统的Ti3AlC2增强铜基复合材料的力学性能得到了提高。其中，Ti3AlC2含量为10Vol.％、30Vol.％和50Vol.％的Ti3AlC2/Cu 复合材料的硬度分别47.8HV、52.2HV和65.2HV；Ni元素的掺杂对Ti3AlC2/Cu 复合材料的抗弯强度也有明显的提高，当Ti3AlC2含量为10Vol.％、30Vol.％和 50Vol.％时，掺杂Ni元素后复合材料的抗弯强度分别提高至170.2MPa、92.7MPa 和84.2MPa。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
Ti3AlC2含量为10Vol.％的Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料受电弓滑板
1)首先，将10Vol.％的Ti3AlC2粉末、8Vol.％的Ni粉和82Vol.％的Cu粉混合，并倒入球磨罐中进行球磨；Ti3AlC2粉末的粒度为150目、纯度为97.5％，且形状结构不规则；Ni粉的粒度为250目、纯度为98.5％，水雾化球形粉；Cu粉的粒度为325目、纯度为98.5％，水雾化球形粉。球磨参数为：球磨罐容积为0.5L，球磨时间为1小时，球磨速度为150，球料比(质量比)为5∶1，过程控制剂为乙醇溶液，过程控制剂比例为1∶1，磨球采用玛瑙磨球。
2)将球磨后的粉末进行EDS能谱分析，观察Ni粉是否在粉末中分散均匀，若未分散均匀，则重复上一步骤，重新球磨0.5小时，并重新进行EDS能谱分析观察。
3)将球磨好、分散均匀的粉末装入模具中，进行冷压和烧结处理。采用尺寸为80mm×80mm×80mm的长方体模具。冷压参数为：载荷300MPa，保载时间为1min。烧结参数为：升温速度10℃/min，烧结温度750℃℃，保温时间为40min，无压烧结，将试样放入石墨坩埚，试样与坩埚之间放置石墨纸进行隔绝。
4)将烧结完成的块体进行复压、复烧处理。复压参数为：载荷300MPa，保载时间为1min。复烧参数为：升温速度20℃/min，温度780℃，保温时间为40min，无压烧结，将试样放入石墨坩埚，试样与坩埚之间放置石墨纸进行隔绝。
实施例2
Ti3AlC2含量为25Vol.％的Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料电触头
1)首先，将25Vol.％的Ti3AlC2粉末、8.5Vol.％的Ni粉和66.5Vol.％的Cu粉混合，并倒入球磨罐中进行球磨；Ti3AlC2粉末的粒度为200目、纯度为98.5％，且形状结构不规则；Ni粉的粒度为325目、纯度为99.5％，水雾化球形粉；Cu 粉的粒度为400目、纯度为99.5％，水雾化球形粉。球磨参数为：球磨罐容积为 1L，球磨时间为2小时，球磨速度为200rpm，球料比(质量比)为8∶1，过程控制剂为乙醇溶液，过程控制剂比例为1∶1，磨球采用玛瑙磨球。
2)将球磨后的粉末进行EDS能谱分析，观察Ni粉是否在粉末中分散均匀，若未分散均匀，则重复上一步骤，重新球磨1小时，并重新进行EDS能谱分析观察。
3)将球磨好、分散均匀的粉末装入模具中，进行冷压和烧结处理。采用尺寸为直径φ50mm，长度80mm的圆柱型模具。冷压参数为：载荷450MPa，保载时间为2min；烧结参数为：升温速度15℃/min，烧结温度800℃，保温时间为50min，无压烧结，将试样放入石墨坩埚，试样与坩埚之间放置石墨纸进行隔绝。
4)将烧结完成的块体进行复压、复烧处理。复压参数为：载荷450MPa，保载时间为2min。复烧参数为：升温速度25℃/min，温度800℃，保温时间为50min，无压烧结，将试样放入石墨坩埚，试样与坩埚之间放置石墨纸进行隔绝。
实施例3
Ti3AlC2含量为45Vol.％的Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料气箔轴承
1)首先，将45Vol.％的Ti3AlC2粉末、10Vol.％的Ni粉和45Vol.％的Cu粉混合，并倒入球磨罐中进行球磨；Ti3AlC2粉末的粒度为300目、纯度为99.5％，且形状结构不规则；Ni粉的粒度为325目、纯度为99.9％，水雾化球形粉；Cu粉的粒度为400目、纯度为99.9％，水雾化球形粉。球磨参数为：球磨罐容积为1L，球磨时间为2.5小时，球磨速度为250rpm，球料比(质量比)为10∶1，过程控制剂为丙酮溶液，过程控制剂比例为1∶1.5，磨球采用SiN磨球。
2)将球磨后的粉末进行EDS能谱分析，观察Ni粉是否在粉末中分散均匀，若未分散均匀，则重复上一步骤，重新球磨1.5小时，并重新进行EDS能谱分析观察。
3)将球磨好、分散均匀的粉末装入模具中，进行冷压和烧结处理。采用尺寸为直径φ80mm，长度100mm的圆柱型模具。冷压参数为：载荷600MPa，保载时间为3min。烧结参数为：升温速度20℃/min，烧结温度850℃，保温时间为 60min，无压烧结，将试样放入石墨坩埚，试样与坩埚之间放置石墨纸进行隔绝。
4)将烧结完成的块体进行复压、复烧处理。复压参数为：载荷600MPa，保载时间为3min。复烧参数为：升温速度30℃/min，温度810℃，保温时间为60min，无压烧结，将试样放入石墨坩埚，试样与坩埚之间放置石墨纸进行隔绝。
实施例4Ti3AlC2含量为32Vol.％的Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料滑靴
1)首先，将32Vol.％的Ti3AlC2粉末、8Vol.％的Ni粉和60Vol.％的Cu粉混合，并倒入球磨罐中进行球磨；Ti3AlC2粉末的粒度为200目、纯度为99.0％，且形状结构不规则；Ni粉的粒度为325目、纯度为99.5％，水雾化球形粉；Cu粉的粒度为400目、纯度为99.5％，水雾化球形粉。球磨参数为：球磨罐容积为0.5L，球磨时间为1.5小时，球磨速度为200rpm，球料比(质量比)为7∶1，过程控制剂为乙醇溶液，过程控制剂比例为1∶1，磨球采用SiN磨球。
2)将球磨后的粉末进行EDS能谱分析，观察Ni粉是否在粉末中分散均匀，若未分散均匀，则重复上一步骤，重新球磨1.0小时，并重新进行EDS能谱分析观察。
3)将球磨好、分散均匀的粉末装入模具中，进行冷压和烧结处理。采用尺寸为直径φ80mm，长度100mm的圆柱型模具。冷压参数为：载荷500MPa，保载时间为3min。烧结参数为：升温速度18℃/min，烧结温度840℃，保温时间为 50min，无压烧结，将试样放入石墨坩埚，试样与坩埚之间放置石墨纸进行隔绝。
4)将烧结完成的块体进行复压、复烧处理。复压参数为：载荷500MPa，保载时间为3min。复烧参数为：升温速度25℃/min，温度800℃，保温时间为50min，无压烧结，将试样放入石墨坩埚，试样与坩埚之间放置石墨纸进行隔绝。
实施例5
Ti3AlC2含量为18Vol.％的Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料自润滑滑板
1)首先，将18Vol.％的Ti3AlC2粉末、6Vol.％的Ni粉和76Vol.％的Cu粉混合，并倒入球磨罐中进行球磨；Ti3AlC2粉末的粒度为180目、纯度为98.0％，且形状结构不规则；Ni粉的粒度为250目、纯度为98.5％，水雾化球形粉；Cu粉的粒度为325目、纯度为98.5％，水雾化球形粉。球磨参数为：球磨罐容积为1L，球磨时间为2.5小时，球磨速度为180rpm，球料比(质量比)为6∶1，过程控制剂为乙醇溶液，过程控制剂比例为1∶1.25，磨球采用玛瑙磨球。
2)将球磨后的粉末进行EDS能谱分析，观察Ni粉是否在粉末中分散均匀，若未分散均匀，则重复上一步骤，重新球磨1.2小时，并重新进行EDS能谱分析观察。
3)将球磨好、分散均匀的粉末装入模具中，进行冷压和烧结处理。采用尺寸为直径φ80mm，长度100mm的圆柱型模具。冷压参数为：载荷400MPa，保载时间为1.5min。烧结参数为：升温速度15℃/min，烧结温度770℃，保温时间为 45min，无压烧结，将试样放入石墨坩埚，试样与坩埚之间放置石墨纸进行隔绝。
4)将烧结完成的块体进行复压、复烧处理。复压参数为：载荷400MPa，保载时间为1.5min。复烧参数为：升温速度23℃/min，温度785℃，保温时间为45min，无压烧结，将试样放入石墨坩埚，试样与坩埚之间放置石墨纸进行隔绝。
通过以上实施例中的方法制备出可抑制Ti3AlC2分解的Ni掺杂Ti3AlC2/Cu 复合材料，其扫描电子显微镜图像如图1和图2所示，可以看到，Ti3AlC2颗粒分布均匀且弥散，无分解和破碎现象；通过图3和图4所示的EDS线扫描示意图可以发现，相界面处曲线陡，斜率高，元素含量变化大，且第二相中Cu元素含量少，基体中几乎不含Al，说明扩散程度低。以上这些发现均对可抑制Ti3AlC2分解的Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料的效果起着证明的作用，为Ti3AlC2/Cu复合材料的大规模推广提供了一种可行的制备方法。
综上所述，本发明一种抑制Ti3AlC2分解用Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料及其制备方法，制备工艺可控性强，适用范围广泛，可在交通、机械、电气等行业中大范围推广应用，有效提高高端装备的性能和使用寿命，推动我国经济建设发展。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种抑制Ti3AlC2分解用Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将Ti3AlC2粉末、Ni粉和Cu粉混合后进行球磨处理，Ti3AlC2粉末、Ni粉和Cu粉的成分比例为：Ti3AlC2粉末成分为10Vol.％～45Vol.％，Ni粉的成分为8Vol.％～10Vol.％，Cu粉的成分为45Vol.％～82Vol.％，Ti3AlC2粉末的粒度为150～300目，纯度为97.5％～99.5％，形状结构不规则；Ni粉的粒度为250～325目，纯度为98.5％～99.9％，水雾化球形粉；Cu粉的粒度为325～400目，纯度为98.5％～99.9％，水雾化球形粉，球磨参数为球磨罐容积为0.5～1L，球磨时间为1～2.5小时，球磨速度为150～250rpm，球料比为(5～10)∶1，过程控制剂为乙醇或丙酮溶液，过程控制剂比例为1∶(1～1.5)；
S2、将球磨处理后的粉末装入模具中进行冷压和烧结处理；
S3、将烧结完成的块体进行复压和复烧处理，获得含量10Vol.％～45Vol的Ti3AlC2未分解Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，将球磨后的粉末进行EDS能谱分析，观察Ni粉是否在粉末中分散均匀，若未分散均匀，则重新球磨0.5～1.5小时，并重新进行EDS能谱分析观察。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，冷压处理的载荷为300～600MPa，保载时间为1～3min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，烧结处理的升温速度为10～20℃/min，烧结温度为750～850℃，保温时间为40～60min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，复压处理的载荷为300～600MPa，保载时间为1～3min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，复烧处理的升温速度为20～30℃/min，温度为780～810℃，保温时间为40～60min。
7.根据权利要求1所述方法制备的抑制Ti3AlC2分解用Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110673461.5A CN113512658B (zh) | 2021-06-17 | 2021-06-17 | 一种抑制Ti3AlC2分解用Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110673461.5A CN113512658B (zh) | 2021-06-17 | 2021-06-17 | 一种抑制Ti3AlC2分解用Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113512658A CN113512658A (zh) | 2021-10-19 |
| CN113512658B true CN113512658B (zh) | 2022-06-07 |
Family
ID=78065827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110673461.5A Active CN113512658B (zh) | 2021-06-17 | 2021-06-17 | 一种抑制Ti3AlC2分解用Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113512658B (zh) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102056863A (zh) * | 2008-06-06 | 2011-05-11 | 陶氏环球技术公司 | 金属渗透的碳化硅钛和碳化铝钛坯体 |
| CN102925740A (zh) * | 2012-11-08 | 2013-02-13 | 镇江中孚复合材料有限公司 | 一种以镀铜Ti3AlC2增强受电弓滑板材料的制备方法 |
| CN107460362B (zh) * | 2017-08-11 | 2018-08-24 | 哈尔滨新干线轨道交通科技有限公司 | 一种高速铁路列车用制动闸片材料及其制备方法 |
| CN108251705A (zh) * | 2018-01-22 | 2018-07-06 | 北京交通大学 | 一种TiCx-Ni3(Al,Ti)/Ni基复合材料及其热压制备方法 |
| CN108517436A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-09-11 | 芜湖卓越线束系统有限公司 | 一种用于高导电率线束端子的合金材料 |
| CN109524251B (zh) * | 2018-12-28 | 2019-10-11 | 西安交通大学 | 一种钛元素改性Ti3AlC2增强铜基电触头的制备方法及其应用 |
-
2021
- 2021-06-17 CN CN202110673461.5A patent/CN113512658B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113512658A (zh) | 2021-10-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103240412B (zh) | 一种近终形制备粉末超合金的方法 | |
| CN102703742B (zh) | 一种基体为纳米叠层结构的金属基复合材料及其制备方法 | |
| CN110257684B (zh) | 一种FeCrCoMnNi高熵合金基复合材料的制备工艺 | |
| CN109576545B (zh) | 一种具有混晶结构的Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法 | |
| CN104313380A (zh) | 一种分步烧结制备高致密度纳米晶硬质合金的方法 | |
| CN101935793A (zh) | 一种高强度钼掺杂板材及其制备方法 | |
| CN111360272B (zh) | 一种氧化物界面增韧非晶基复合材料及其制备方法 | |
| CN110819842A (zh) | 基于还原氧化石墨烯和铜复合材料的成型件制备方法 | |
| CN114481053B (zh) | 一种镁锌铝镍钒合金靶材及其制造方法 | |
| CN112695221A (zh) | 一种多层石墨烯增强铝基复合材料的制备方法 | |
| CN103433488B (zh) | 一种氮化钛-铁金属陶瓷的制备方法 | |
| CN102286694A (zh) | 一种抗氧化铁基高温合金及其制备方法 | |
| Chen et al. | Advanced titanium materials processed from titanium hydride powder | |
| CN113512658B (zh) | 一种抑制Ti3AlC2分解用Ni掺杂Ti3AlC2/Cu复合材料及其制备方法 | |
| CN105714169B (zh) | 一种Mo‑Si‑B‑Hf‑Al合金棒材及其制备方法 | |
| CN115259859B (zh) | 一种碳化硼防弹陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN1081242C (zh) | 由元素粉末直接制备TiNi基形状记忆合金的方法 | |
| CN112981168B (zh) | 一种由粉末热锻的铜基受电弓滑板材料及其制备方法 | |
| CN113403493B (zh) | 一种高强韧中熵CrCoNi颗粒增强Cu基复合材料及其制备方法 | |
| CN114605158A (zh) | 一种钛合金熔炼用氮化物复合耐火材料及其制备方法 | |
| CN110834098B (zh) | 一种梯度纳米复合金属陶瓷刀具材料及其烧结工艺 | |
| CN109576537B (zh) | 一种电力连接金具用WC-Co纳米增强高硅铝合金及其制备方法 | |
| CN112609106A (zh) | 一种Zr-Ti-Nb合金及其制备方法 | |
| CN115353395B (zh) | 一种制备Ti2AlC/B4C复相陶瓷的方法 | |
| EP0221746A2 (en) | Activated sintering of metallic powders |
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 | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240402 Address after: Room 10010, 2nd Floor, Building 4, Free Trade Industrial Park, No. 2168 Zhenghe Fourth Road, Fengdong New City, Xi'an City, Shaanxi Province, China Patentee after: Shaanxi Sunset Melting Gold Technology Service Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 710049 No. 28 West Xianning Road, Shaanxi, Xi'an Patentee before: XI'AN JIAOTONG University Country or region before: China |
|
| TR01 | Transfer of patent right |