[發明專利]鐵基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201611100828.X
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106756584B
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 程鳳軍;羅廣思;潘安霞
• 申請（專利權）人: 常州輕工職業技術學院
• 主分類號: C22C38/12
• 分類號: C22C38/12;C22C32/00;C22C33/02;C23C8/26
• 代理公司: 常州知融專利代理事務所(普通合伙) 32302
• 代理人: 路接洲

本發明涉及一種鐵基復合材料，鐵基復合材料的增強相為由Nb和C原子原位反應生成的NbC顆粒，對鐵基復合材料表面進行氮化處理形成Nb(C、N)顆粒增強相，鐵基復合材料增強相體積分數為26～43％；并且公開了鐵基復合材料的具體制備方法。本發明的有益效果是：原位合成NbC增強的鐵基復合材料，并進行氮化處理，在材料表面生成一種Nb(C、N)固溶體增強相，與心部NbC增強體之間呈梯度分布；由于復合材料的增強相是原位反應合成的，增強相與基體界面是反應生成的，沒有污染問題，該復合材料具有極高的耐磨性能，尤其是表面性能更加優異，復合材料的制備工藝簡單，生產成本相對較低。

技術領域

本發明涉及一種鐵基復合材料及其制備方法。

背景技術

鐵基復合材料由于成本低、性能高，可根據不同需要改變增強相和基體組織，是目前發展較快的金屬基復合材料。傳統的復合材料的制備方法較多，其中有鑄造法、高溫自蔓延法、粉末冶金法等，根據增強相的形成方法有外加增強相法和原位合成增強相法。外加增強相法有較大弊端，顆粒與基體的界面污染，基體與增強相的結合力較差；顆粒在基體中分布均勻性較差，增強相的體積百分比受到限制。原位合成增強相法具有明顯的優勢，但目前的鑄造法不能夠達到較高的體積分數，耐磨性有限制，而粉末冶金法可以制備較高體積分數增強相的復合材料，同時增強相是原位生成的，與基體的結合界面干凈。

目前，鐵基復合材料的增強相主要集中在TiC、VC、WC等碳化物范圍，而Nb是一種極好的碳化物形成元素，同時Nb和N也有很強的結合力，可以生成NbN，也是很好的增強相，而NbC和NbN均為氯化鈉面心立方晶體結構，可以相互形成Nb(C、N)碳氮化物固溶體，這種固溶體增強的鐵基復合材料的耐磨性比單一的碳化物或氮化物作為增強相的復合材料具有更加優良的耐磨性能，可以大大提高零件的使用壽命。而制備Nb(C、N)整體增強的鐵基復合材料難度較高，因為Nb的碳化和氮化反應速度不一樣，反應溫度也不一致，制備整體Nb(C、N)增強的鐵基復合材料工藝難度大。因此本發明意在采用粉末冶金原位合成法制備一種NbC增強的鐵基復合材料，然后對燒結致密化后的復合材料在相對較低的溫度下進行氮化處理，使表面生成一種硬度更高的Nb(C、N)固溶體增強相，這種表面具有Nb(C、N)增強相的復合材料可以大大提高復合材料表面的耐磨性，而材料心部NbC增強相仍具有良好的耐磨性，由表面到心部Nb(C、N)與NbC呈梯度分布。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：基于上述問題，本發明提供一種鐵基復合材料及其制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的一個技術方案是：一種鐵基復合材料，鐵基復合材料的增強相為由Nb和C原子原位反應生成的NbC顆粒，鐵基復合材料表面經氮化處理形成Nb(C、N)固溶體增強相，鐵基復合材料增強相體積分數為26～43％，以質量百分數計，鐵基復合材料含有23～38％的Nb和3～5％的C。

鐵基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鐵粉、鈮鐵粉和石墨粉混合，加入球磨罐中，加入磨球，在球磨罐中加入無水酒精覆蓋混合粉末；

(2)在球磨機中進行球磨，球磨機的轉速為150～250r/min，球磨時間為24h；

(3)球磨好的粉末與粘結劑混合均勻，過篩，在壓力機中壓制成零件壓坯，壓制壓力為350～400Mpa，保壓時間為30～60s；

(4)將壓制好的零件壓坯放入真空燒結爐中燒結，先以10℃/min的速度加熱到550℃，保溫30min，然后以10℃/min的速度升溫到1050℃，保溫100min，最后加熱到最終溫度1380～1420℃，保溫60～90min；

(5)降溫到700～900℃，通入氮氣，壓力為0.25～0.30Mpa，保溫6～12h，使表面NbC顆粒氮化生成Nb(C、N)，制得鐵基復合材料。