[發明專利]基于碳化物形成元素促進碳遷移的金屬陶瓷耐磨材料制備方法

有效

• 申請號: 201710300225.2
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107099721B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 郭智興;熊計;周黎明
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C22C29/04
• 分類號: C22C29/04;C22C1/05;C22C1/10;C23C8/64
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1.一種基于碳化物形成元素促進碳遷移的金屬陶瓷耐磨材料制備方法，其特征在于依次包含以下步驟：

（1）含碳化物形成元素的金屬陶瓷坯體制備：稱取各種原料粉末配料，按重量百分比Ni占5～20wt%，Co占0～20wt%，Mo占2～10wt%, W占2～10wt%，TiC_0.7N_0.3為余量；將稱取的粉末混合并經過球磨、過濾、干燥、摻成型劑、壓制成型得到金屬陶瓷生坯；金屬陶瓷生坯在真空燒結爐中升溫到500～700℃，升溫速度為1～5℃/min，真空度為5～15Pa, 并保溫1～2h，形成含碳化物形成元素的金屬陶瓷坯體；

（2）含氫滲碳介質配制：先稱取粒度為0.5~1.5μm的TiH₂粉末加入到無水乙醇中形成TiH₂占35wt%的混合液，然后進行20~40min的超聲分散處理，并在80~100℃和真空度為10～20Pa條件下真空干燥1h；再以去離子水和無水乙醇混合液為溶劑配制溶液，按濃度為0.1～0.8mol/L加入Al(NO₃)₃，按Al(NO₃)₃濃度的9倍加入經過超聲分散的TiH₂粉末，并用CH₃COOH調節pH值到3～6, 然后在磁力攪拌器中60～80℃下攪拌8～24h，并在120~150

℃下干燥1～3h，得到Al₂O₃包覆TiH₂的核/殼結構粉末；再將Al₂O₃包覆TiH₂的核/殼結構粉末，厚度小于3nm、層數小于3層且比表面積大于250m²/g的石墨烯，Na₂CO₃三種物質按重量百分比3:2:1混合，并在行星球磨機中球磨1~2h，制成含氫滲碳介質；

（3）生坯在含氫滲碳介質中的裝填：先將含氫滲碳介質裝入石墨坩堝中，再將脫除成型劑的金屬陶瓷生坯埋入；含氫滲碳介質與脫成型劑金屬陶瓷生坯的重量比為5:1，并確保脫成型劑金屬陶瓷生坯周圍的含氫滲碳介質厚度大于5mm；然后在5~15MPa壓力下緊實含氫滲碳介質，使其體積縮小到松裝狀態的40~60%；用帶螺紋的蓋子密封石墨坩堝，防止滲碳介質逸出；

（4）金屬陶瓷耐磨材料制備：在真空燒結爐中1350～1500℃保溫1～3h，碳元素由含氫滲碳介質向金屬陶瓷表面擴散，形成400~850μm厚的滲碳層，最終實現金屬陶瓷耐磨材料制備。

2.根據權利要求1所述的基于碳化物形成元素促進碳遷移的金屬陶瓷耐磨材料制備方法，其進一步的特征在于：

（1）金屬陶瓷生坯制備時球磨時間為24～72h，過濾采用400目篩網，干燥在85～100

℃進行，按金屬陶瓷粉末重量的50～120%摻入丁鈉橡膠成型劑，在300～400MPa壓力下壓制成型；

（2）含氫滲碳介質配制時，超聲處理時超聲波的頻率為4×10⁴Hz,功率為100W，配制溶液使用的溶劑中去離子水與無水乙醇的體積比為1:10，制備Al₂O₃包覆TiH₂的核/殼結構粉末時，磁力攪拌的速度為20～50r/min，核/殼結構粉末、石墨烯，Na₂CO₃混合行星球磨時，轉速為300r/min;

（3）生坯在滲碳介質中裝填時所用的石墨坩堝的石墨材質抗折強度大于20MPa；

（4）金屬陶瓷耐磨材料制備時，先以5～10℃/min升溫到500～700℃并保溫1～2h；然后以5～10℃/min升溫到1100～1250℃并保溫1～3h；再以5～10℃/min升溫到1350～1500℃并保溫1～3h，燒結真空度為1～5Pa；燒結結束后的降溫速度為1～8℃/min。