CN114833338B - 一种化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种化学镀覆NiMo改性的TiB2‑TiC颗粒增强高锰钢基复合材料及其制备方法，对复合陶瓷颗粒的表面进行预处理，采用化学镀覆方法得到镀镍钼镀层的TiB2‑TiC复相陶瓷颗粒；然后与镍钼粉末以及硼砂进行混合搅拌，经过定型、烘干处理后得到蜂窝状预制体；随后对蜂窝状预制体进行真空烧结处理；降温后放入砂箱中浇铸金属液，冷却后得到颗粒增强高锰钢复合材料。本发明制备的耐磨复合材料，陶瓷表面金属化有效改善复合材料界面结合性能和耐磨性，具有高的抗冲击磨损性能，又保证在苛刻工况下的服役安全性，通过在陶瓷颗粒引入金属NiMo镀层，使复合材料界面结合由简单机械结合转化为冶金结合，具有较高的结合强度和抗冲击强度，满足高负荷工况环境的需求。

Description

一种化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材 料及其制备方法
技术领域
本发明属于耐磨材料制备技术领域，具体涉及一种化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料及其制备方法。
背景技术
钢铁耐磨材料广泛应用于冶金、电力、建材、机械等磨损工况用构件，年消耗资金超过1万亿元。磨损是摩擦学科之中重要的组成；也是机械零件失效的主要原因；同时也是工业材料和能源消耗的主要根源之一。初步统计，磨损给国家造成的经济损失约达国民生产总值的6%~8%，我国每年耐磨件的消耗总量约为300万吨，约占铸件总量的10%~15%。根据实验研究，采用有效的抗磨、减摩手段后，每年可减少约400亿人民币的损失。金属复合化是材料抵抗磨损的重要研究方向，主要是利用复合材料增强相的高硬度、高抗磨性、高抗氧化性等特性来提高材料的耐磨性。
增强相中典型的抗磨材料是陶瓷颗粒增强钢复合材料，因其引入增强相，表现出优异的抗磨性能。陶瓷颗粒主要有碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、氧化物陶瓷。碳化物陶瓷最好的应用是WC陶瓷，主要是由于其韧性较好,与铁液润湿性好；氮化物陶瓷典型代表为Si4N3陶瓷，具有高强度、高耐磨性、耐高温、耐腐蚀、耐酸、碱，可在海水中长期使用，并兼有良好的绝电、绝磁性能；氧化物陶瓷最常规的Al2O3陶瓷，具有较好的热传导性、机械强度和耐高温性能。但碳化物陶瓷价格昂贵，与Fe的热膨胀系数差异大，阻碍了WC颗粒增强铁基复合材料更进一步的工业应用。氮化物陶瓷其制备工艺困难。氧化物陶瓷具有脆性大，制备难等特点，从而限制其广泛应用。
TiB2-TiC陶瓷适合于通过铸渗的方式进行冶金熔炼，从而获得具有高抗冲击性、高耐磨性的新型耐磨材料。复合材料的界面问题(界面优化设计以及界面对性能的影响)一直以来是制约金属基复合材料发展的关键因素，界面结合是金属基复合材料中重要组成部分，界面的性能直接影响了耐磨件的性能，所以，改善界面结合的方式迫在眉睫。TiB2-TiC与Fe的结合较差，界面易剥落，严重影响了耐磨件在苛刻的实际工况下规模化应用。
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，提供一种化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料及其制备方法，制备的耐磨复合材料既具有高的抗冲击磨损性能，又保证了在苛刻工况下的服役安全性。
本发明采用以下技术方案：
本发明一种化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料制备方法，包括以下步骤：
S1、采用化学镀方法制备具有镀镍钼合金的TiB2-TiC陶瓷颗粒；
S2、将镍钼金属粉末与步骤S1得到的具有镀镍钼合金的TiB2-TiC颗粒进行搅拌混合得到混合物，再向混合物中加入粘结剂经充分混合后进行真空烘干处理，制成蜂窝状结构的陶瓷预制体；
S3、将步骤S2制备的蜂窝状结构的陶瓷预制体在1100~1400℃进行真空烧结处理，降温后得到烧结预制体；
S4、采用无压铸渗法向步骤S3得到的烧结预制体浇铸金属液，经冷却后脱模得到高锰钢基复合材料。
具体的，步骤S1中，采用化学镀方法制备具有镀镍钼合金的TiB2-TiC陶瓷颗粒前，先对TiB2-TiC陶瓷颗粒进行预处理，具体过程如下：
S101、将TiB2-TiC陶瓷颗粒浸泡在丙酮中进行酸洗，随后通过超声波清洗，去离子水冲洗，烘干后除去TiB2-TiC陶瓷颗粒表面的污染物；
S102、将步骤S101得到的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于氯化亚锡溶液中敏化处理，然后用去离子水清洗；
S103、将步骤S102敏化处理后的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于氯化钯中进行活化处理，然后清洗TiB2-TiC陶瓷颗粒；
S104、将步骤S103活化处理后的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于次亚磷酸钠溶液中还原钯离子，然后用蒸馏水清洗风干，得到具有镀镍钼合金的TiB2-TiC陶瓷颗粒。
具体的，步骤S1中，TiB2-TiC陶瓷颗粒的粒径为3~5mm。
具体的，步骤S1中，化学镀使用的镀液包括质量浓度10~20g/L的硫酸镍、质量浓度1~2g/L的钼酸钠、质量浓度10~30g/L的次亚磷酸钠和质量浓度10~20g/L的乙酸钠，镀覆温度为60~90℃，化学镀液的酸碱性pH为8~11，镀覆时间为4~8h；每80~100g的TiB2-TiC颗粒使用150~200ml的镀液进行镀覆，每20~40min更换一次镀液。
具体的，步骤S2中，镍钼金属粉末的粒径为10~30μm，镍钼金属粉末占具有镀镍钼合金的TiB2-TiC颗粒和镍钼金属粉末总质量的10%~25%。
具体的，步骤S2中，粘结剂为硼酸和SiO2粉末，硼酸和SiO2粉末的质量比为1：（8~8.5），每100g的混合物中加入4~6ml的粘结剂。
具体的，步骤S2中，真空烘干处理的烘干温度为100~200℃，保温时间为1~2h。
具体的，步骤S3中，真空烧结处理具体为：
在氩气气氛保护下，以10~15℃/min升温至900~1000℃，再以3~5℃/min升至1100~1400℃，保温1~2h，然后进行降温处理。
具体的，步骤S4中，浇铸温度为1550~1650℃，冷却时间为18～24h。
本发明的另一技术方案是，一种化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
一种化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料其制备方法，通过化学镀覆的方法在TiB2-TiC颗粒表面成功共沉积NiMo活性元素，由于镍和钼可以有效固溶在基体中，起到固溶强化的作用，提高基体的强度、硬度和耐磨性；化学镀覆后的TiB2-TiC陶瓷颗粒与NiMo纯粉烧结形成蜂窝状预制体，高温烧结时，在TiB2-TiC颗粒间形成烧结颈，有效提高颗粒间的结合强度，增加其室温强度；经过NiMo粉进行包覆，形成具有一定孔隙率的预制体，有利于铸渗，无压铸渗制备具有良好界面的复合材料，进而提高复合材料的力学性能和耐磨性。
进一步的，通过氯化亚锡对TiB2-TiC陶瓷颗粒进行表面敏化，然后通过氯化钯，钯离子活化，还原Sn2+离子，在TiB2-TiC陶瓷表面生成活性Pd点位，即在表面形成可用NiMo还原的活性Pd离子。获得微粗糙化表面，增加随后镀覆过程中NiMo元素的沉积位点，提高镀覆效率。
进一步的，选用3~5mm粒径ZTA颗粒制备的预制体具有一定的孔隙率，有利于铸渗。
进一步的，由于TiB2-TiC陶瓷颗粒表面改性方法众多，各有优略，选取最简易化学镀覆的改性镀层对TiB2-TiC进行表面镀覆，可大幅度降低表面改性成本，通过改变化学镀覆参数中Mo的引入，期望形成最佳的NiMo镀层，改善TiB2-TiC陶瓷颗粒与基体的结合，化学镀覆温度、镀覆酸碱pH值的不同，研究其对镀层的表面形貌变化，以及对镀层结合的影响，确保得到良好的界面涂层。
进一步的，微米级的NiMo金属粉包裹化学镀覆后的TiB2-TiC陶瓷颗粒时，通过粘结剂的结合，可以提高结合强度，以及会使得金属粉末的表面张力和粘度提高，更好的使金属粉末均匀包裹在陶瓷颗粒表面。
进一步的，添加粘结剂使得预制体形成良好的结合强度，对金属液浇铸时起到更好的耐冲刷作用。
进一步的，真空烘干处理有利于预制体的固化成型，便于预制体的后续热处理。
进一步的，通过管式炉对TiB2-TiC陶瓷颗粒进行高温烧结处理，提高陶瓷颗粒之间的结合强度，在颗粒之间形成烧结颈，进而提高其结合强度，且确保其具有较大的孔隙率。
进一步的，将烧结后的蜂窝状预制体放入砂箱中并用铁片固定，有效抵抗金属液对TiB2-TiC颗粒冲刷。采用传统的无压铸渗法浇铸金属液，冷却后得到具有较好的界面结合复合材料。
本发明一种化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料，降低表面改性成本；蜂巢状预制体有利于改善金属液在陶瓷预制体中的铸渗效果，TiB2-TiC陶瓷颗粒的表面沉积镍钼镀层，起到固溶强化作用，提高基体强度、硬度及耐磨性，保证其苛刻工况的服役安全。
综上所述，本发明制备的复合材料降低了表面改性成本；蜂巢状预制体有利于改善金属液在陶瓷预制体中的铸渗效果，TiB2-TiC陶瓷颗粒的表面沉积镍钼镀层，起到固溶强化作用，提高基体强度、硬度及耐磨性，保证其苛刻工况的服役安全。
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为本发明实施例1采用化学镀覆后TiB2-TiC表面形貌示意图；
图2为本发明实施例1镀NiMo层TiB2-TiC断面的组织照片；
图3为本发明实施例1中预制体烧结后宏观示意图。
具体实施方式
下面将对本发明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。
本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方法可以相互组合形成新的技术方案。
本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。
本发明中，如果没有特别的说明，百分数(％)或者份指的是相对于组合物的重量百分数或重量份。
本发明中，如果没有特别的说明，所涉及的各组分或其优选组分可以相互组合形成新的技术方案。
本发明中，除非有其他说明，数值范围“a～b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“6～ 22”表示本文中已经全部列出了“6～22”之间的全部实数，“6～22”只是这些数值组合的缩略表示。
本发明所公开的“范围”以下限和上限的形式，可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。
本发明中，本文中使用的术语“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。
本发明中，除非另有说明，各个反应或操作步骤可以顺序进行，也可以按照顺序进行。优选地，本文中的反应方法是顺序进行的。
除非另有说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法或材料也可应用于本发明中。
本发明提供了一种化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料及其制备方法，首先对复合陶瓷颗粒的表面进行预处理，然后采用化学镀覆的方法得到镀镍钼镀层的TiB2-TiC复相陶瓷颗粒；将改性后的陶瓷颗粒与微米级的镍钼粉末以及硼砂进行混合搅拌，经过定型、烘干处理后得到蜂窝状预制体；随后对蜂窝状预制体在1100~1400℃进行真空烧结处理，用以提高其结合强度；降温后放入砂箱中浇铸金属液，冷却后得到具有较高耐磨性的颗粒增强高锰钢复合材料。采用本发明技术制备的耐磨复合材料，其陶瓷表面金属化有效改善复合材料界面结合性能和耐磨性，既具有高的抗冲击磨损性能，又保证了在苛刻工况下的服役安全性。通过在陶瓷颗粒引入金属NiMo镀层，使复合材料界面结合由简单机械结合转化为冶金结合，具有较高的结合强度和抗冲击强度，满足了高负荷工况环境的需求。
本发明一种化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料制备方法，包括以下步骤：
S1、对颗粒大小为3~5mm的TiB2-TiC陶瓷颗粒进行预处理，采用化学镀方法在镀液中进行镀覆，制得具有镀镍钼合金的TiB2-TiC陶瓷颗粒；
对TiB2-TiC进行预清洗-粗化-敏化-活化-还原处理，完成化学镀覆预处理，具体步骤如下：
S101、TiB2-TiC在丙酮中浸泡，酸洗，随后通过超声波清洗，去离子水冲洗，烘干，除去TiB2-TiC表面的污染物并使其干燥；
S102、将颗粒置于5~15g/L的氯化亚锡（SnCl2）溶液中敏化10~30min，敏化完后用去离子水清洗；
S103、将敏化完的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于0.1~1g/L氯化钯（PdCl2）中活化10~30min，清洗TiB2-TiC陶瓷颗粒；
S104、将活化后的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于10~20g/L次亚磷酸钠（NaH2PO2）溶液中还原10~30min，然后用蒸馏水清洗风干。
镀液参数为质量浓度10~20g/L的硫酸镍、质量浓度1~2g/L的钼酸钠、质量浓度10~30g/L的次亚磷酸钠和质量浓度10~20g/L的乙酸钠，镀覆温度为60~90℃，化学镀液的酸碱性pH为8~11，镀覆时间为4~8h；每80~100g的TiB2-TiC颗粒使用150~200ml的镀液进行镀覆，每20~40min更换一次镀液。
采用化学镀的方法在TiB2-TiC陶瓷颗粒的表面镀覆镍钼金属，镀覆过程中在TiB2-TiC颗粒表面形成NiMo金属的共沉积。
S2、将镍钼金属粉末与步骤S1得到的具有镀镍钼合金的TiB2-TiC颗粒进行搅拌混合，再加入粘结剂充分混合，倒入蜂窝状模具后进行真空烘干处理，形成蜂窝状的陶瓷预制体；
微米级的NiMo金属粉末的颗粒大小为10~30μm，粘结剂包含质量比1：（8~8.5）的硼酸和SiO2粉末，每100g的TiB2-TiC混合物中加入4~6ml粘结剂。
其中，NiMo金属粉末占镀镍钼金属TiB2-TiC陶瓷颗粒和NiMo粉末总质量的10%~25%。
先将蜂窝状模具在低温热处理炉中加热固化定型，烘干温度为100~200℃，保温1~2h，随炉冷却。
S3、将步骤S2制备的陶瓷预制体在1100~1400℃的高温下进行真空烧结处理，降温后形成烧结预制体；
真空高温烧结热处理具体为：
以10~15℃/min升温至900~1000℃，再以3~5℃/min升至1100~1400℃，保温1~2h，同速降温，整个热处理过程使用氩气气氛保护。
TiB2-TiC陶瓷与基体的直接接触与单一镀覆元素均会导致预制体强度不够，通过高温烧结预制体，可以提高其表面张力和粘度，增强结合强度，增加了在实际工况的使用安全性。
S4、将蜂窝状的烧结预制体放入砂箱中并固定铸型端面，采用无压铸渗法浇铸金属液，浇铸温度为1550~1650℃，冷却18～24h后脱模得到高锰钢基复合材料。
其中，采用底铸式浇铸方法浇铸高锰钢液态金属。
一种高锰钢基复合材料，具有良好的强度和韧性，陶瓷颗粒的高硬度能够有效抵抗实际应用中的磨损，高锰钢基体与陶瓷颗粒形成良好的界面结合，会使得基体更好的支撑陶瓷颗粒，避免应用中陶瓷颗粒的脱落。
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
1）TiB2-TiC在丙酮中浸泡，酸洗，随后通过超声波清洗，去离子水冲洗，烘干，除去TiB2-TiC表面的污染物并使其干燥；将颗粒置于5g/L的氯化亚锡（SnCl2）溶液中敏化10min，敏化完后用去离子水清洗；将敏化完的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于0.1g/L氯化钯（PdCl2）中活化10min，清洗TiB2-TiC陶瓷颗粒；将活化后的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于10/L次亚磷酸钠（NaH2PO2）溶液中还原10min，然后用蒸馏水清洗风干。
镀液参数为质量浓度10g/L的硫酸镍、质量浓度1g/L的钼酸钠、质量浓度10g/L的次亚磷酸钠和质量浓度10g/L的乙酸钠，每80g的TiB2-TiC颗粒使用150ml的镀液进行镀覆，每20min更换一次镀液配置化学镀液；
2）将处理过的TiB2-TiC放入化学镀液；调节镀覆温度为60℃，pH为8，经过镀覆时间为4h后，在干燥箱烘干；
请参阅图1，图1为本发明实施例1采用化学镀覆NiMo后TiB2-TiC表面形貌示意图；可以看出化学镀覆后表层致密，颗粒连续排布于TiB2-TiC表面，图2为本发明实施例1镀NiMo层TiB2-TiC断面的组织照片，在TiB2-TiC表面形成均匀致密的NiMo镀层，该镀层呈银白色，并且陶瓷与镀层紧密的结合在一起。该镀层在烧结过程中可能促进烧结颈的形成，进而提高预制体的结合强度，保证后续铁基复合材料的铸渗效果。
3）按NiMo金属粉末占镀镍钼合金TiB2-TiC陶瓷颗粒和NiMo粉末总质量的10%，将微米级的NiMo金属粉末与镀覆后的TiB2-TiC颗粒混合，按每100g的TiB2-TiC混合物中加入4ml粘结剂。充分搅拌，直至NiMo金属粉末完全包裹TiB2-TiC颗粒；
4）将混合后的TiB2-TiC颗粒倒入蜂窝状模具后经真空100℃，烘干1 h；
5）将蜂窝状模具放入真空热压烧结炉当中进行烧结，以10℃/min升温至900℃，再以3℃/min升至1100℃，保温1h，同速降温，整个热处理过程使用氩气气氛保护；
请参阅图3为本发明实施例1中预制体烧结后宏观示意图，可以看出烧结颈的形成大大提高了预制体之间的结合强度，有利于金属液的浇筑。
6）将制备的预制体固定于型腔特定位置，并用钉子固定，采用底铸式浇铸方法浇铸高锰钢液态金属，浇铸温度为1550℃，冷却时间为18h。
在三体磨损实验中，当软磨料磨损时，载荷越高材料的磨损量越大，但复合材料在高载荷下仍具有极高的耐磨性，为同样条件下Mn13Cr2的6.7倍。
实施例2
1）TiB2-TiC在丙酮中浸泡，酸洗，随后通过超声波清洗，去离子水冲洗，烘干，除去TiB2-TiC表面的污染物并使其干燥；将颗粒置于15g/L的氯化亚锡（SnCl2）溶液中敏化30min，敏化完后用去离子水清洗；将敏化完的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于1g/L氯化钯（PdCl2）中活化30min，清洗TiB2-TiC陶瓷颗粒；将活化后的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于20g/L次亚磷酸钠（NaH2PO2）溶液中还原30min，然后用蒸馏水清洗风干。
镀液参数为质量浓度20g/L的硫酸镍、质量浓度2g/L的钼酸钠、质量浓度30g/L的次亚磷酸钠和质量浓度20g/L的乙酸钠，每100g的TiB2-TiC颗粒使用200ml的镀液进行镀覆，每40min更换一次镀液；
2）将处理过的TiB2-TiC放入化学镀液，调节镀覆温度为90℃，pH为11，经过镀覆时间为8h后，在干燥箱烘干；
3）按NiMo金属粉末占镀镍钼合金TiB2-TiC陶瓷颗粒和NiMo粉末总质量的15%，将微米级的NiMo金属粉末与镀覆后的TiB2-TiC颗粒混合，按每100g的TiB2-TiC混合物中加入6ml粘结剂。充分搅拌，直至NiMo金属粉末完全包裹TiB2-TiC颗粒；
4）将混合后的TiB2-TiC颗粒倒入蜂窝状模具后经真空200℃，烘干2 h；
5）将蜂窝状模具放入真空热压烧结炉当中进行烧结，以15℃/min升温至1000℃，再以5℃/min升至1400℃，保温2h，同速降温，整个热处理过程使用氩气气氛保护；
6）将制备的预制体固定于型腔特定位置，并用钉子固定，采用底铸式浇铸方法浇铸高锰钢液态金属，浇铸温度为1650℃，冷却时间为24h。
在三体磨损实验中，当软磨料磨损时，载荷越高材料的磨损量越大，但复合材料在高载荷下仍具有极高的耐磨性，为同样条件下Mn13Cr2的5.1倍。
实施例3
1）TiB2-TiC在丙酮中浸泡，酸洗，随后通过超声波清洗，去离子水冲洗，烘干，除去TiB2-TiC表面的污染物并使其干燥；将颗粒置于10g/L的氯化亚锡（SnCl2）溶液中敏化30min，敏化完后用去离子水清洗；将敏化完的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于0.3g/L氯化钯（PdCl2）中活化30min，清洗TiB2-TiC陶瓷颗粒；将活化后的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于20g/L次亚磷酸钠（NaH2PO2）溶液中还原30min，然后用蒸馏水清洗风干。
镀液参数为质量浓度20g/L的硫酸镍、质量浓度1.5g/L的钼酸钠、质量浓度20g/L的次亚磷酸钠和质量浓度15g/L的乙酸钠，每100g的TiB2-TiC颗粒使用200ml的镀液进行镀覆，每30min更换一次镀液；
2）将处理过的TiB2-TiC放入化学镀液；调节镀覆温度为90℃，pH为10，经过镀覆时间为5 h后，在干燥箱烘干；
3）按NiMo金属粉末占镀镍钼合金TiB2-TiC陶瓷颗粒和NiMo粉末总质量的20%，将微米级的NiMo金属粉末与镀覆后的TiB2-TiC颗粒混合，按每100g的TiB2-TiC混合物中加入5ml粘结剂。充分搅拌，直至NiMo金属粉末完全包裹TiB2-TiC颗粒；
4）将混合后的TiB2-TiC颗粒倒入蜂窝状模具后经真空200℃，烘干2 h；
5）将蜂窝状模具放入真空热压烧结炉当中进行烧结，以10℃/min升温至1000℃，再以3℃/min升至1100℃，保温2h，同速降温，整个热处理过程使用氩气气氛保护；
6）将制备的预制体固定于型腔特定位置，并用钉子固定，采用底铸式浇铸方法浇铸高锰钢液态金属，浇铸温度为1600℃，冷却时间为24h。
在三体磨损实验中，当软磨料磨损时，载荷越高材料的磨损量越大，但复合材料在高载荷下仍具有极高的耐磨性，为同样条件下Mn13Cr2的4.8倍。
实施例4
1）TiB2-TiC在丙酮中浸泡，酸洗，随后通过超声波清洗，去离子水冲洗，烘干，除去TiB2-TiC表面的污染物并使其干燥；将颗粒置于10g/L的氯化亚锡（SnCl2）溶液中敏化30min，敏化完后用去离子水清洗；将敏化完的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于0.3g/L氯化钯（PdCl2）中活化30min，清洗TiB2-TiC陶瓷颗粒；将活化后的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于20g/L次亚磷酸钠（NaH2PO2）溶液中还原30min，然后用蒸馏水清洗风干。
镀液参数为质量浓度20g/L的硫酸镍、质量浓度1.5g/L的钼酸钠、质量浓度20g/L的次亚磷酸钠和质量浓度15g/L的乙酸钠，每100g的TiB2-TiC颗粒使用200ml的镀液进行镀覆，每30min更换一次镀液；
2）将处理过的TiB2-TiC放入化学镀液；调节镀覆温度为80℃，pH为9，经过镀覆时间为5h后，在干燥箱烘干；
3）按NiMo金属粉末占镀镍钼合金TiB2-TiC陶瓷颗粒和NiMo粉末总质量的25%，将微米级的NiMo金属粉末与镀覆后的TiB2-TiC颗粒混合，按每100 g的TiB2-TiC混合物中加入5ml粘结剂，充分搅拌，直至NiMo金属粉末完全包裹TiB2-TiC颗粒；
4）将混合后的TiB2-TiC颗粒倒入蜂窝状模具后经真空200℃，烘干2 h；
5）将蜂窝状模具放入真空热压烧结炉当中进行烧结，以10℃/min升温至1000℃，再以3℃/min升至1100℃，保温2h，同速降温，整个热处理过程使用氩气气氛保护；
6）将制备的预制体固定于型腔特定位置，并用钉子固定，采用底铸式浇铸方法浇铸高锰钢液态金属，浇铸温度为1600℃，冷却时间为24h。
在三体磨损实验中，当软磨料磨损时，载荷越高材料的磨损量越大，但复合材料在高载荷下仍具有极高的耐磨性，为同样条件下Mn13Cr2的5.6倍。
实施例5
1）TiB2-TiC在丙酮中浸泡，酸洗，随后通过超声波清洗，去离子水冲洗，烘干，除去TiB2-TiC表面的污染物并使其干燥；将颗粒置于10g/L的氯化亚锡（SnCl2）溶液中敏化30min，敏化完后用去离子水清洗；将敏化完的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于0.3g/L氯化钯（PdCl2）中活化30min，清洗TiB2-TiC陶瓷颗粒；将活化后的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于20g/L次亚磷酸钠（NaH2PO2）溶液中还原30min，然后用蒸馏水清洗风干。
镀液参数为质量浓度20g/L的硫酸镍、质量浓度2g/L的钼酸钠、质量浓度20g/L的次亚磷酸钠和质量浓度15g/L的乙酸钠，每100g的TiB2-TiC颗粒使用200ml的镀液进行镀覆，每30min更换一次镀液；
2）将处理过的TiB2-TiC放入化学镀液，调节镀覆温度为90℃，pH为11，经过镀覆时间为5 h后，在干燥箱烘干；
3）按NiMo金属粉末占镀镍钼合金TiB2-TiC陶瓷颗粒和NiMo粉末总质量的20%，将微米级的NiMo金属粉末与镀覆后的TiB2-TiC颗粒混合，按每100g的TiB2-TiC混合物中加入5ml粘结剂。充分搅拌，直至NiMo金属粉末完全包裹TiB2-TiC颗粒；
4）将混合后的TiB2-TiC颗粒倒入蜂窝状模具后经真空200℃，烘干2 h；
5）将蜂窝状模具放入真空热压烧结炉当中进行烧结，以10℃/min升温至1000℃，再以3℃/min升至1400℃，保温2h，同速降温，整个热处理过程使用氩气气氛保护；
6）将制备的预制体固定于型腔特定位置，并用钉子固定，采用底铸式浇铸方法浇铸高锰钢液态金属，浇铸温度为1650℃，冷却时间为24h。
在三体磨损实验中，当软磨料磨损时，载荷越高材料的磨损量越大，但复合材料在高载荷下仍具有极高的耐磨性，为同样条件下Mn13Cr2的4.6。
实施例6
1）TiB2-TiC在丙酮中浸泡，酸洗，随后通过超声波清洗，去离子水冲洗，烘干，除去TiB2-TiC表面的污染物并使其干燥；将颗粒置于10g/L的氯化亚锡（SnCl2）溶液中敏化30min，敏化完后用去离子水清洗；将敏化完的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于0.5g/L氯化钯（PdCl2）中活化30min，清洗TiB2-TiC陶瓷颗粒；将活化后的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于20g/L次亚磷酸钠（NaH2PO2）溶液中还原30min，然后用蒸馏水清洗风干。
镀液参数为质量浓度25g/L的硫酸镍、质量浓度1.5g/L的钼酸钠、质量浓度20g/L的次亚磷酸钠和质量浓度15g/L的乙酸钠，每100g的TiB2-TiC颗粒使用200ml的镀液进行镀覆，每30min更换一次镀液；
2）将处理过的TiB2-TiC放入化学镀液，调节镀覆温度为80℃，pH为10，经过镀覆时间为5h后，在干燥箱烘干；
3）按NiMo金属粉末占镀镍钼合金TiB2-TiC陶瓷颗粒和NiMo粉末总质量的20%，将微米级的NiMo金属粉末与镀覆后的TiB2-TiC颗粒混合，按每100g的TiB2-TiC混合物中加入5ml粘结剂。充分搅拌，直至NiMo金属粉末完全包裹TiB2-TiC颗粒；
4）将混合后的TiB2-TiC颗粒倒入蜂窝状模具后经真空200℃，烘干2 h；
5）将蜂窝状模具放入真空热压烧结炉当中进行烧结，以10℃/min升温至1000℃，再以3℃/min升至1100℃，保温2h，同速降温，整个热处理过程使用氩气气氛保护；
6）将制备的预制体固定于型腔特定位置，并用钉子固定，采用底铸式浇铸方法浇铸高锰钢液态金属，浇铸温度为1600℃，冷却时间为24h。
在三体磨损实验中，当软磨料磨损时，载荷越高材料的磨损量越大，但复合材料在高载荷下仍具有极高的耐磨性，为同样条件下Mn13Cr2的8.3倍。
通过以上6个实施例与较传统的Mn13Cr2相比较可知，在化学镀覆改性TiB2-TiC中，采用镀覆温度80℃，pH等于10，镀覆5h后，包裹20wt.%的NiMo粉烧结后，在1100℃烧结预制体，然后制备得到的复合材料耐磨性是同时制备的纯Mn13Cr2的8.3倍，更具耐磨性；陶瓷颗粒在基体的有效支撑下更好的抵抗磨损；本发明通过化学镀覆对TiB2-TiC镀覆Ni-Mo双元素镀层，是一种具有低廉简易的操作方法；Ni、Mo元素本身对基体有一定的强韧作用，在实现双镀层的基础下，在界面实现有效的缓和层，使其与基体实现更好的结合。对预制体的烧结处理使得粉末具有更好的表面张力和粘度，使预制体的强度提高，可以有效抵抗金属液的冲刷作用。在砂型中固定预制体进行浇铸高锰钢基体，形成具有良好结合界面的复合材料。采用本发明技术制备的耐磨复合材料既具有高的抗冲击磨损性能，又保证了在苛刻工况下的服役安全。
综上所述，本发明一种化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料及其制备方法，将增强体设计成多孔的蜂窝状，使得金属液完全铸渗，形成良好的界面，磨损时陶瓷颗粒可以保护基体的大量磨损，而基体与陶瓷颗粒的良好结合，有效支撑陶瓷颗粒，改善了复合材料的耐磨性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用化学镀方法制备具有镀镍钼合金的TiB2-TiC陶瓷颗粒，化学镀使用的镀液包括质量浓度10~20g/L的硫酸镍、质量浓度1~2g/L的钼酸钠、质量浓度10~30g/L的次亚磷酸钠和质量浓度10~20g/L的乙酸钠，镀覆温度为60~90℃，化学镀液的酸碱性pH为8~11，镀覆时间为4~8h；每80~100g的TiB2-TiC颗粒使用150~200ml的镀液进行镀覆，每20~40min更换一次镀液；
S2、将镍钼金属粉末与步骤S1得到的具有镀镍钼合金的TiB2-TiC颗粒进行搅拌混合得到混合物，再向混合物中加入粘结剂经充分混合后进行真空烘干处理，制成蜂窝状结构的陶瓷预制体，镍钼金属粉末的粒径为10~30μm，镍钼金属粉末占具有镀镍钼合金的TiB2-TiC颗粒和镍钼金属粉末总质量的10%~25%，粘结剂为硼酸和SiO2粉末，硼酸和SiO2粉末的质量比为1：（8~8.5），每100g的混合物中加入4~6ml的粘结剂；
S3、将步骤S2制备的蜂窝状结构的陶瓷预制体在1100~1400℃进行真空烧结处理，降温后得到烧结预制体；
S4、采用无压铸渗法向步骤S3得到的烧结预制体浇铸金属液，经冷却后脱模得到高锰钢基复合材料。
2.根据权利要求1所述的化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料制备方法，其特征在于，步骤S1中，采用化学镀方法制备具有镀镍钼合金的TiB2-TiC陶瓷颗粒前，先对TiB2-TiC陶瓷颗粒进行预处理，具体过程如下：
S101、将TiB2-TiC陶瓷颗粒浸泡在丙酮中进行酸洗，随后通过超声波清洗，去离子水冲洗，烘干后除去TiB2-TiC陶瓷颗粒表面的污染物；
S102、将步骤S101得到的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于氯化亚锡溶液中敏化处理，然后用去离子水清洗；
S103、将步骤S102敏化处理后的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于氯化钯中进行活化处理，然后清洗TiB2-TiC陶瓷颗粒；
S104、将步骤S103活化处理后的TiB2-TiC陶瓷颗粒置于次亚磷酸钠溶液中还原钯离子，然后用蒸馏水清洗风干，得到具有镀镍钼合金的TiB2-TiC陶瓷颗粒。
3.根据权利要求1或2所述的化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料制备方法，其特征在于，步骤S1中，TiB2-TiC陶瓷颗粒的粒径为3~5mm。
4.根据权利要求1所述的化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料制备方法，其特征在于，步骤S2中，真空烘干处理的烘干温度为100~200℃，保温时间为1~2h。
5.根据权利要求1所述的化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料制备方法，其特征在于，步骤S3中，真空烧结处理具体为：
在氩气气氛保护下，以10~15℃/min升温至900~1000℃，再以3~5℃/min升至1100~1400℃，保温1~2h，然后进行降温处理。
6.根据权利要求1所述的化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料制备方法，其特征在于，步骤S4中，浇铸温度为1550~1650℃，冷却时间为18～24h。
7.一种化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料，其特征在于，利用权利要求1至6中任一项所述的化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料制备方法制备而成。
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