[發明專利]基于氧化物的鐵基復合中間合金及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010062688.1
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111235467B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 徐寶魁;王景武;趙長海;徐明
• 申請（專利權）人: 京溪美邦（北京）特鋼科技開發有限公司
• 主分類號: C22C35/00
• 分類號: C22C35/00;C22C32/00;C22C33/06;C22C33/02;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/18
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為基于氧化物的鐵基復合中間合金及其制備方法和應用。該中間合金由氧化物組份和基粉制成；其中，基粉為鐵粉或鐵基合金粉；氧化物組份與鐵粉或鐵基合金粉的質量比例為1:1～1:7；所述氧化物組份包括剛玉粉、鋁礬土、硅微粉、氧化硼、氧化鋁、氧化釔、氧化鈦和氧化鋯中的兩種或多種。利用本發明生產的產品不僅性能優異，而且所述的氧化物原料可采用鋁合金、鈦合金等生產的廢渣，對于節省資源、保護環境有利。

技術領域

本發明涉及復合新材料技術領域，具體涉及基于氧化物的鐵基復合中間合金及其制備方法和應用。

背景技術

隨著經濟的發展、工業技術的進步和市場需求的增長，高性能鋼鐵材料越來越受到人們的重視，其在先進制造、建筑、航空、航天、汽車、能源、海洋工程和國防軍工等行業領域具有廣闊的應用前景。

目前制備高性能鋼鐵材料的方法主要有：合金化法、熱處理法、表面強化法和粉末冶金法等。上述的制備方法都不同程度地提高了鋼鐵材料的性能，都有各自的適用范圍，在發展高性能鋼鐵材料方面起到了顯著的推動作用。合金化法改善鋼的性能雖然十分有效，但它很難在保持低成本的情況下，同時提高合金鋼的強度和韌性。另外，當合金元素加入量高時，易導致鋼的焊接性變差。而且有些合金元素價格昂貴，使生產成本增高。對于目前的鋼鐵材料而言，熱處理仍是一種主要的提高材料性能的方法，但它改善材料性能的程度隨其中合金元素的種類與加入量發生很大變化。需要注意的是，當工件的結構比較復雜、尺寸比較大時，淬火冷卻過程中很容易產生殘余應力和裂紋。如何降低應力和裂紋產生的敏感性顯得十分重要。表面強化方法僅能提高鋼鐵材料表面的性能，不能實現從內到外整體性能的提高。粉末冶金法無法完全消除產品內部的空隙，導致其力學性能下降，而且難以生產大型產品，壓模成本也較高。

由彌散強化的機理可知，穩定性高的第二相粒子(如：氧化物、氮化物等)具有很好的彌散強化效果，而且，在粒子種類不變的條件下，其尺寸愈小，彌散程度愈高，那么強化效果也愈好。如果在鋼熔煉的過程中，引入細小的氧化物微粒，一方面，它們可作為鋼液凝固和相變的異質形核核心，故能細化晶粒，起到細晶強化的作用；另一方面，這些細小的氧化物微粒在與鋼液接觸的過程中，其中已有的夾雜物以及溶解的氣體原子(如：[O]、[N]、[H])會依附于這些氧化物微粒長大，易于上浮到鋼液表面形成鋼渣被排除，從而有助于進一步改善鋼的冶煉質量。第三，彌散分布于鋼中的細小氧化物顆粒，由于硬度高，可作為硬質點，還能起到良好的彌散強化作用。但是，氧化物與鋼基體相比密度較小，和鋼基體熔液之間的浸潤性差，并且其超細微粒易于團聚。因此，現有方法很難直接將氧化物超細微粒加入到鋼基體熔液中。

發明專利CN104630613B、CN104630605B、CN104611620A、CN109385575A、CN109576559A和CN109402489A敘述了分別將以氧化鋁、碳化硅、鋰長石或鈉長石等為主的陶瓷粉末加入廢鋼中熔煉，待陶瓷粉末和廢鋼完全熔化，液相陶瓷和鋼液相互混合，冷卻后即得到陶瓷增強的鋼基或鐵基復合材料。

但根據上述專利文件提供的技術數據看，存在如下問題：

1.澆鑄的鋼種只涉及鑄態、鍛態或軋態，沒有進一步的深加工處理，局限于比較粗放的產品，故無法滿足對微觀組織和性能要求高的產品的需求。

2.從其提高材料耐磨性的設想出發，鋼基體的碳含量不應太低，否則因鋼基體太軟也容易導致工件過早失效。但上述專利文件提供的金相圖片顯示有大量粗大魏氏鐵素體組織析出，證明其中的碳含量屬于中低碳范疇，所以鋼基體軟不耐磨，故制備的工件性能不會太好。

3.上述專利文件提供了較高的硬度等數據，但是，陶瓷增強的鋼基或鐵基復合材料的耐磨性不能僅用一個硬度指標反映，它需要陶瓷顆粒與鋼基體的有機匹配來體現。如果陶瓷顆粒尺寸較大，很容易在使用過程中剝落。

4.上述專利文件提供的技術資料并未證明氧化物顆粒確實加入到鋼中；