[發明專利]顆粒增強NiAl基復合材料的原位合成法

在審

• 申請號: 201810890784.8
• 申請日: 2018-08-07
• 公開（公告）號: CN110819841A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 李成鑫;朱和國;張恒
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C32/00;C22C19/03
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 劉海霞

本發明公開了一種顆粒增強NiAl基復合材料的原位合成法，包括以下步驟：制反應試樣；裝樣：將壓坯試樣裝入反應裝置；抽真空；電弧引燃，反應合成，熔化致密成型，出爐：在真空電弧熔煉爐中爐冷后，得到顆粒增強NiAl基復合材料。本發明采用原位反應技術合成顆粒增強NiAl基復合材料，并加熱使熱爆后的材料熔化致密，由于反應過程短，電弧引發的高熱量可有效凈化基體，隨后熔煉過程提高反應產物致密度以及顆粒分布的均勻性，樣品致密度可提高10％?20％，顯微硬度最高可提高30％?40％，壓縮性能提升30％?40％，大大改善材料的力學性能。

技術領域

本發明屬于合金材料制備技術領域，涉及一種顆粒增強NiAl基復合材料的原位合成法。

背景技術

現有的NiAl基復合材料通常采用自蔓延高溫合成法或熱壓法制備。文獻1通過自蔓延高溫合成TiC-NiAl復合材料，由于燃燒反應較為劇烈，導致顆粒聚集于基體晶粒交界處，造成試樣局部應力集中。盡管采取致密化工藝，但仍有孔洞存在，致密度僅為2.98g/cm³，抗壓強度僅為321.7Mpa，壓縮性能低。(李軍庫，蘭州理工大學，2009.04.27)。文獻2采用熱壓法制備NiAl合金基原位復合材料，雖然增強體分布較為均勻，但是復合材料不完全致密，孔隙的存在損害了其力學性能，抗壓強度最高僅為310.9Mpa，需要二次加工，大大降低了工作效率(魯玉祥，航空材料學報，1999.6Vol.19，No.2)。

原位合成技術的基本原理是依靠合金成分設計，利用不同元素或物質之間在一定條件下可以發生化學反應的特點，在金屬基體內加入能發生化學反應的增強體相(如TiC、TiO₂、ZrO₂、TiB₂和Al₂O₃等)，經加熱后，元素間發生化學反應，在基體內部生成一種或幾種陶瓷相顆粒或金屬間化合物，生成的新復合材料會具備基體與增強體的諸多特性，可以起到改善單一金屬基體性能的目的。使用原位合成法合成復合材料時，生成的增強體都屬于內生型增強體(即增強體的形核以及晶粒長大的過程都是在金屬基體內部完成的)，因此基體和增強體之間的結合情況，以及相溶性都比較好。由于增強體在基體的內部形成，在形核、晶粒長大等過程中與基體原子會產生相互作用，生成的增強體顆粒尺寸較??；而內生型增強體表面純凈、無污染。

同時，采用原位合成法制備復合材料時，可省去對增強體進行預處理這道工序，簡化了制備復合材料的工序，降低了生產、制備成本，而對增強體的預處理是極其復雜的一道工序?？朔藗鹘y復合材料制備方法(如噴射成型法、模壓鑄造、流變鑄造和混砂鑄造等)燒結技術的工藝溫度高、耗能大及成本過高，復合材料中的增強體顆粒尺寸粗大、熱力學性能不夠穩定、界面結合強度低等諸多致命缺點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種顆粒增強NiAl基復合材料的原位合成法。該方法采用原位反應技術合成顆粒增強NiAl基復合材料，并加熱使熱爆后的材料熔化致密，電磁攪拌使增強體顆粒分布更加均勻，顯著提高NiAl基體的韌性和強度，解決NiAl金屬間的物韌性差、脆性大的不足。實現本發明目的的技術解決方案為：

顆粒增強NiAl基復合材料的原位合成法，包括以下步驟：

(1)制反應試樣：根據所選的反應體系和設定的體積分數的要求，將各粉體進行球磨混合，干燥，擠壓成坯，制得反應試樣；

(2)裝樣抽真空：將試樣置入真空電弧熔煉爐后，抽真空；

(3)反應合成：通過電弧引燃試樣，發生熱爆反應；

(4)熔鑄致密：繼續加熱使試樣熔化致密，正反面各熔煉一次，攪拌使增強體均勻分布在基體中；

(5)出爐：在真空電弧爐中爐冷后，取出反應試樣得到顆粒增強NiAl基復合材料。