[發(fā)明專利]一種具有高強度和優(yōu)異耐磨性的鈦鋁硅碳固溶體塊體材料制備方法

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• 申請日: 2019-03-28
• 公開（公告）號: CN109836157A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃振鶯;沃少帥;翟洪祥;蔡樂平;胡文強;王淵博;周洋;于文波;李世波
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/622
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 楊帥峰

本發(fā)明公開了一種具有高強度和優(yōu)異耐磨性的鈦鋁硅碳固溶體塊體材料的制備方法。該方法制備得到的鈦鋁硅碳固溶體的表達(dá)式為Ti₃Al_1.2?xSi_xC₂(0.1≤x<1.1)；其純度﹥95％，晶粒大小均勻，致密度﹥95％。具體制備方法如下：將Ti、Al、Si和TiC分別按摩爾比1.0:(0.1～1.1):(0.1～1.1):(1.75～2.0)的比例配料；球磨混料；冷壓成型；在無壓燒結(jié)爐中1370～1500℃燒結(jié)，保溫5～15min，得到塊體反應(yīng)產(chǎn)物；將塊體反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過破碎、球磨、干燥和過篩得到Ti₃Al_1.2?xSi_xC₂固溶體粉體；然后在熱壓燒結(jié)爐中1370～1500℃燒結(jié)，加壓10～30MPa，保溫0.5～1.5h，冷卻后得到具有高強度和優(yōu)異的耐磨性的Ti₃Al_1.2?xSi_xC₂固溶體塊體材料。通過本方法制備的鈦鋁硅碳塊體材料可以極大地提高塊體的強度，而且具有優(yōu)異的耐磨性，方法可靠，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有高強度和優(yōu)異耐磨性的鈦鋁硅碳固溶體塊體材料的制備方法。

背景技術(shù)

MAX相陶瓷材料(如Ti₃AlC₂和Ti₃SiC₂)是一種新型的層狀化合物，其同時兼具金屬和陶瓷的優(yōu)良性能，如高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、可加工性；高強度、硬度、優(yōu)異的抗熱震性、耐腐蝕、抗氧化、高溫時低的熱膨脹系數(shù)等等，同時其也具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。因此，這類新型材料在電極電刷材料、高溫結(jié)構(gòu)部件、防腐蝕材料、抗熱震材料、耐磨材料等方面良好的應(yīng)用前景。

在工業(yè)生產(chǎn)中，固溶強化是一種重要的強化方法，通過適當(dāng)?shù)乜刂迫苜|(zhì)含量，能夠顯著提高材料的強度和硬度，同時仍能保證材料的塑性和韌性，所以說固溶體一般具有較好的綜合力學(xué)性能。周延春等人采用原位熱壓燒結(jié)的方法制備的Ti₃Al_0.8Si_0.2C₂固溶體，其彎曲強度和維氏硬度分別為～410MPa和～3.75GPa,提高了約為14％和23％(參考文獻(xiàn)Y.C.Zhou,et al,Acta Mater.2006；54:1317–1322)。Huili Gao等人采用脈沖電流燒結(jié)法制備的Ti₃(Al_1-xSi_x)C₂固溶體的維氏硬度(在10N的法向載荷下，Ti₃Al_0.8Si_0.2C₂:～5GPa；Ti₃Al_0.6Si_0.4C₂:～5.2GPa)要比兩端(Ti₃AlC₂和Ti₃SiC₂)的強度有所提高(參考文獻(xiàn)H.L.Gao,et al,Mater.Sci.Eng.,A,2016；676:197–208)。其次，Si的加入不僅使固溶體材料具有高的強度和硬度，而且Si含量的變化使材料摩擦系數(shù)具有可調(diào)控性，同時具有優(yōu)異的耐磨性。