[發(fā)明專利]一種超細(xì)碳化物顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910037145.1
• 申請(qǐng)日: 2019-01-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109852830B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖鵬;方華嬋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22C1/05
• 分類(lèi)號(hào): C22C1/05;C22C32/00;B22F1/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

1.一種超細(xì)碳化物顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其特征在于：以粉末作為原料，通過(guò)原位生成碳化物C的方式，得到所述金屬基復(fù)合材料；所述原料中含有球磨后的粉末；所述球磨后的粉末為超細(xì)碳粉嵌入和/或貫穿基體金屬的粉末；所述超細(xì)碳化物顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料其所用原料以體積百分比計(jì)包括下述組分：

嵌入和/或貫穿基體金屬的超細(xì)碳粉為70%及以下；

余量為基體金屬粉末和其他顆粒；

所述基體金屬粉末中所含元素中，包括Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Mo、Mn、Zr、Al、Mg、Zn中的至少一種，且基體金屬粉末與零價(jià)碳反應(yīng)并生成碳化物；

所述其他顆粒選自顆粒狀石墨、鱗片狀石墨、硬質(zhì)陶瓷、碳化硅、碳化鈦、碳化鎢、高熵合金中的至少一種；所述其他顆粒占原料總質(zhì)量的0~45%；

所述碳化物C由嵌入和/或貫穿基體金屬的超細(xì)碳粉和基體金屬粉末中的金屬元素反應(yīng)制得；

所述超細(xì)碳化物顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料通過(guò)下述步驟制備：

步驟一

按設(shè)定比例，配取脫膠后短碳纖維與基體金屬粉末，然后進(jìn)行高能球磨，高能球磨后，分離碳粉A和超細(xì)碳粉嵌入和/或貫穿基體金屬的粉末，得到超細(xì)碳粉嵌入和/或貫穿基體金屬的粉末；所述高能球磨的轉(zhuǎn)速為220~350r/min，球磨時(shí)間大于等于6h；分離前，碳粉A為未鑲嵌和/或貫穿于基體金屬粉末中的碳材料；

步驟二

在保護(hù)氣氛下，對(duì)步驟一所得超細(xì)碳粉嵌入和/或貫穿基體金屬的粉末進(jìn)行高溫退火，得到退火后的粉末；所述高溫退火的溫度為基體金屬熔點(diǎn)的30%~70%，退火時(shí)間大于等于10min；

步驟三

將退火后的粉末和其他顆粒粉末混合均勻，然后冷壓成形，得到冷壓坯；

或

將退火后的粉末冷壓成形，得到冷壓坯；

或

將退火后的粉末和其他顆粒粉末混合均勻，然后熱壓成形，得到成品；熱壓時(shí)，控制溫度為基體金屬熔點(diǎn)的 70%~85%、時(shí)間小于等于90min；

或

將退火后的粉末熱壓成形，得到成品；熱壓時(shí)，控制溫度為基體金屬熔點(diǎn)的 70%~85%、時(shí)間小于等于90min；

步驟四

在保護(hù)氣氛或真空氣氛下，先對(duì)步驟三所得冷壓坯進(jìn)行低溫碳化處理，再升溫至高溫進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)處理，得到碳化物顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料；所述低溫碳化處理的溫度為基體金屬熔點(diǎn)的30%~70%、保溫時(shí)間為10~160min；所述高溫?zé)Y(jié)的溫度為基體金屬熔點(diǎn)的70%~85%；保溫時(shí)間為10~200min。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超細(xì)碳化物顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其特征在于：碳化物C占金屬基復(fù)合材料總體積的60％及以下。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超細(xì)碳化物顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其特征在于；

所述超細(xì)碳粉的粒徑為1-3μm；

所述碳化物C的粒徑為1-3.5μm；

所述基體金屬粉末球磨前的粒徑為30-250μm；

其他顆粒的粒徑為10~400μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超細(xì)碳化物顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料；其特征在于：在保護(hù)氣氛下；將短碳纖維束加熱至650~800℃保溫處理20~90min；得到脫膠后短碳纖維。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超細(xì)碳化物顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料；其特征在于：

步驟一中，所配取的脫膠后短碳纖維與基體金屬粉末的體積比為2~19：1~3；

步驟一中，按質(zhì)量比計(jì)，磨球：（脫膠后短碳纖維+基體金屬粉末）=1：5~8；

步驟一中，所述高能球磨的轉(zhuǎn)速為220~350r/min，球磨時(shí)間為6~14h。