[發明專利]一種Cu-Ti合金微粉包覆下多孔ZTA陶瓷預制體及其制備和應用

有效

• 申請號: 201811006084.4
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN109020603B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 涂小慧;李衛;鄭寶超;徐方偉;林懷俊;張鵬
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: C04B38/06
• 分類號: C04B38/06;C04B38/00;C04B35/10;C04B35/622;B22D19/00;C04B35/63
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 桂婷;陳燕嫻

本發明屬于材料加工領域，公開了一種Cu?Ti合金微粉包覆下多孔ZTA陶瓷預制體及其制備方法和應用。該方法通過將合金化處理Cu?Ti混合粉體，然后與ZTA顆?；旌希ㄟ^水玻璃和造孔劑的添加，在CO₂的氣氛下快速固化，預制體的壓潰強度可達2MPa，能夠有效抵擋金屬液的沖型作用，Cu?Ti粉體可利用與金屬液接觸過程產生獲得的高溫，實現對ZTA陶瓷表面的活化處理，改善陶瓷表面與金屬液的反應特性，極大的提高了金屬液與陶瓷間的冶金結合效率，因此可很好的應用在鋼鐵基復合材料的制備中。

技術領域

本發明屬于材料加工領域，特別涉及一種Cu-Ti合金微粉包覆下多孔ZTA陶瓷預制體及其制備方法和應用。

背景技術

顆粒增強鋼鐵基復合材料是耐磨材料重點研究的領域，陶瓷顆粒在鋼鐵材料中彌散分布，材料的強度得以提高，耐磨性顯著改善，在服役過程中，陶瓷顆粒主要是耐磨相，對鋼鐵基體材料起到保護作用，阻礙基體進一步磨損。在制備金屬基復合材料過程中陶瓷顆粒的成型性，表面活化作用，以及快速成型效率是關鍵。

氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷(ZTA)具有優異的力學性能，被廣泛與高錳鋼，高鉻鑄鐵，合金鋼等金屬材料復合，提高材料表面的耐磨性能，延長耐磨工件的使用壽命。其中制備陶瓷預制體及其陶瓷表面活化-包覆-成型工藝是制備金屬基復合材料的關鍵。

對于ZTA陶瓷預制體的制備，目前主要采用機械合金化(MA)與活化燒結的方式。合金化可促使粉體間充分實現原子擴散，燒結的目的是使陶瓷材料表面被活化處理以及陶瓷顆粒間粘結成型。但該工藝的制備過程中，燒結工藝較為繁瑣，制備周期較長，粉體的過程控制易被氧化，從而降低對陶瓷表面活化處理效果，此外，預制體成型也受到燒結爐空間的限制，導致制備的預制體尺寸較小，結構簡單。故研究ZTA陶瓷顆粒的快速成型，簡化預制體制備工藝具有重要的應用價值。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種Cu-Ti合金微粉包覆下多孔ZTA陶瓷預制體的制備方法。

本發明另一目的在于提供上述方法制備的Cu-Ti合金微粉包覆下多孔ZTA陶瓷預制體。

本發明再一目的在于提供上述Cu-Ti合金微粉包覆下多孔ZTA陶瓷預制體在制備陶瓷顆粒增強鋼鐵復合材料中的應用。

本發明的目的通過下述方案實現：

一種Cu-Ti合金微粉包覆下多孔ZTA陶瓷預制體的制備方法，其特征在于主要包括以下步驟：

(1)混粉及合金化：選取純的Cu和Ti粉，并按重量比Cu:Ti＝50～80:20～50進行混合，裝入球磨罐中并球磨進行合金化處理，得到Cu-Ti合金化粉體粘結劑；

(2)混料：將ZTA顆粒與步驟(1)中所得的Cu-Ti合金化粉體粘結劑混合，然后加入水玻璃(Na₂SiO₃·9H₂O，作為固化劑)和石蠟顆粒(作為造孔劑)，攪拌使粉體均勻地包覆在ZTA顆粒表面，得混合物料；

(3)固化：將步驟(2)中得到的混合物料填充到成型模具中，通過緊固磨具將預制體定形和緊實，持續通入CO₂氣體使預制體固化成型，然后烘干脫模取出，獲得陶瓷預制體。

為防止球磨后的混合粉末比表面積增加，易與空氣中的氧發生反應，通常步驟(1)和步驟(2)均在保護氣體下進行，所述的保護氣體可為氮氣或氬氣中的至少一種；

步驟(1)中所述的Cu和Ti粉的粒徑均小于等于200目；

步驟(1)中所述的Cu和Ti粉的重量比優選為65～75:25～35；

步驟(1)中所述的在球磨罐中進行合金化處理的參數為：磨球球徑：5～10mm，磨球與混合粉末的重量比為10:1，轉速300～450r/min，球磨時間30～60h。