[發明專利]一種具有網絡結構納米增強相的鐵基表面復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 200810207767.6
• 申請日: 2008-12-25
• 公開（公告）號: CN101570859A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: 李文戈;張光鈞;李軍;尹莉
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B23K26/34
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司
• 代理人: 何葆芳

技術領域

本發明涉及一種具有網絡結構增強相的鐵基表面復合材料的制備方法，具體說，是涉及一種具有網絡結構納米陶瓷增強相的鐵基表面復合材料的制備方法。

背景技術

人類社會的進步和科學技術的發展對材料的性能要求越來越高，傳統的勻質材料已難以滿足實際的需要，因此，研究和開發新型復合材料已成為材料發展的必然趨勢。

傳統的金屬基復合材料，其增強相一般為顆粒、晶須/短纖維、連續長纖維等。隨著復合材料“結構-功能”一體化的要求以及增加第二相粒子體積分數的發展趨勢，促使了一種新型復合材料的出現，即網絡結構增強復合材料。網絡結構增強的復合材料，基體與增強相在空間形成了各自連續并相互貫穿的三維網絡結構，組成網絡結構的每一種組元的特性基本保持不變。因此，網絡結構增強是一種全新的增強方式，其綜合強化效果通常要好于傳統的連續長纖維增強、晶須/短纖維增強和顆粒增強。目前已有專利文獻CN1676242和論文“三維連續網絡結構增強金屬基復合材料及其制備”(科學通報，1999(6)：608-612)報道了網絡陶瓷骨架增強金屬基復合材料的研究成果。上述研究中的網絡結構增強相都是采取預先制備或直接借助多孔材料為網絡結構增強體，然后再輔以壓鑄、浸漬等后續工藝制備復合材料，復合材料的基體為低熔點的有色輕金屬。

鐵基材料是應用最為廣泛的工程材料，尤其網絡結構增強鐵基復合材料具有優異的耐磨損、耐高溫、抗沖擊性能，且性價比高，因此開展網絡結構增強鐵基復合材料的研究和開發具有重要的現實意義。但鐵基熔點高、密度大，制備相應復合材料較為困難。雖然本發明人采用燃燒合成技術制備了具有網絡結構的WC-Cr₃C₂陶瓷增強相的鐵基復合材料(參見專利文獻：CN101041876)，但該制備方法存在以下問題：如反應較為劇烈，反應過程難以控制，需要在特制的壓力容器中進行，制備的復合材料尺寸大小受設備所限，存在裂紋、孔洞、致密度低等缺陷。

激光熔覆技術是利用高能密度的激光束在基體表面形成冶金結合、且具有多種成分與性能的合金覆層的工藝方法。由于激光表面熔覆技術具有高加工速度與精度，被加工工件變形小，覆層與基體具有良好的冶金結合、組織致密等優點，因此成為激光表面處理技術的主要研究方向。利用激光熔覆的高能量密度的特性，可對復合材料進行致密化和表面修飾處理，且能制備大面積、大尺寸的復合材料，但是激光熔覆技術通常所需CO₂激光功率較大，須配備具有高重復性及穩定性的高功率CO₂激光器。因此，如何有機結合燃燒合成反應技術和激光熔覆技術的優點，制備表面致密、具有網絡結構增強相的大面積、大尺寸的鐵基復合材料，目前還未見有關報道。

發明內容

本發明的目的就是針對上述現有技術所存在的缺陷，提供一種能有機結合燃燒合成反應技術和激光熔覆技術的優點，制備表面致密、具有網絡結構納米陶瓷增強相的大面積、大尺寸的鐵基表面復合材料的制備方法。

為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明的具有網絡結構納米陶瓷增強相的鐵基表面復合材料的制備方法，其具體步驟如下：

a)對鐵基材料表面進行清潔預處理；

b)將組成鐵基表面復合材料涂層的各層反應物料按配比稱量后分別進行預混，預混時間均為4～8小時，然后均于60～100℃分別烘干；所述涂層自下而上依次為反應潤濕層、增強相生成層和熱量補充及表面修飾層，其中：反應潤濕層的反應物料的總重占涂層物料總重的20～30％，增強相生成層的反應物料的總重占涂層物料總重的60～70％，熱量補充及表面修飾層的反應物料的總重占涂層物料總重的10～15％；

c)將步驟b)中烘干后的各層反應混合物料自下而上依層涂覆于預處理后的鐵基材料的表面上；

d)將步驟c)中涂覆好反應物料的鐵基材料放入烘箱中于30～50℃預干燥1～2小時；

e)將步驟d)中預干燥后的試樣材料置于工作臺上用二氧化碳激光器進行掃描，掃描操作的工藝參數如下：功率1400～1800W，離焦量200～240mm，光斑直徑1～5mm，掃描速度8～12mm/s；

f)當激光器掃描完試樣材料就結束反應，然后水冷使熔渣層剝落即可得到目標復合材料。

所述反應潤濕層的反應物料為CrO₃和Al，CrO₃與Al的摩爾比為1∶2。