[發明專利]一種Laves相與鈮硅化合物協同強化的原位自生復合材料及其制備工藝

有效

• 申請號: 202110253869.7
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113046566B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 薛云龍;王玉軒;孫浩華;伍媛婷;劉長青;劉虎林;袁亮
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C22B9/20
• 分類號: C22B9/20;C22C33/06;C21D1/26;C21D1/773;C21D6/00
• 代理公司: 西安眾和至成知識產權代理事務所(普通合伙) 61249
• 代理人: 張震國

本發明公開一種Laves相與鈮硅化合物協同強化的原位自生復合材料及其制備工藝，其化學成分為Cr?10Si?57.5Nb(at.％)，采用電弧熔煉與高溫退火相結合的方法制備材料，材料顯微組織為全共晶組織，枝晶內為全共晶Laves相/Nbss，枝晶間為全共晶Laves相/Nb₅Si₃/Nbss，材料的室溫壓縮強度為2.16GPa，室溫維氏硬度為8.3GPa。

技術領域

本發明屬于機械加工技術及磨具材料領域，具體涉及一種Laves相與鈮硅化合物協同強化的原位自生復合材料及其制備工藝。

背景技術

工具鋼具有高硬度、良好的耐磨性及高強度等優良特性，廣泛應用于機械加工技術及磨具材料領域。其中碳素工具鋼存在淬透性低、淬火溫度范圍窄等缺點，高速工具鋼存在組織均勻性較差等問題，難以滿足日益苛刻的工程需求條件。粉末冶金工藝雖可顯著提升工具鋼的性能指標，但粉末冶金工藝存在制備工藝復雜、制備周期冗長、不易制備大尺寸及異形構件、雜質引入等問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Laves相與鈮硅化合物協同強化的原位自生復合材料及其制備工藝，所制備的共晶原位自生復合材料具備結晶溫度間隔小、流動性好、成分偏析小等優點，有利于制備大尺寸、高質量的均勻異形構件，從而滿足不同工程化需求。

為達到上述目的，本發明采用的制備方法為：

步驟一：將打磨清洗后的高純金屬原料按化學成分Cr-10Si-57.5Nb(at.％)配料；

步驟二：按熔點由低到高的順序依次將金屬原料放置于非自耗電弧熔煉爐的坩堝中，將爐體的真空度抽至3×10^-3～6×10^-3Pa，隨后沖入高純氬氣并將爐內氣壓控制在0.05Pa，反復抽真空與充氣共3次，電弧熔煉過程在電磁攪拌下進行，將形成的合金鑄錠翻轉重熔5次后隨爐冷卻至室溫取出；

步驟三：將鑄錠密封至高純石英管內進行高溫退火處理，退火真空度為5×10^-3Pa，退火條件為1200℃/50h，退火后進行淬火處理，淬火介質為常溫水。

所述的電弧熔煉，合金鑄錠翻轉重熔5次，每次4～5min。

所述的在非自耗電弧熔煉爐的另一水冷坩堝中放入用以去除爐內殘余氧氣的Ti金屬。

按以上制備方法制備的Laves相與鈮硅化合物協同強化的原位自生復合材料的化學成分為Cr-10Si-57.5Nb(at.％)。

所述的原位自生復合材料為全共晶組織，枝晶內為全共晶Laves相/Nbss，枝晶間為全共晶Laves相/Nb₅Si₃/Nbss。

所述的原位自生復合材料顯微組織中金屬間化合物Laves相和Nb₅Si₃相的體積分數高達67％。

所述的原位自生復合材料的室溫壓縮強度為2.16GPa，室溫維氏硬度為8.3GPa。

本發明采用簡單快捷高效的電弧熔煉與高溫退火相結合的方法制備，制備工藝簡單快捷高效，同時共晶原位自生復合材料具備結晶溫度間隔小、流動性好、成分偏析小等優點，有利于制備大尺寸、高質量的均勻異形構件，從而滿足不同工程化需求，此外采用成本低廉的Si替代成本高昂的Cr，材料成本有所降低。

附圖說明

圖1(a)為鑄態下原位自生復合材料的顯微組織圖。

圖1(b)為退火態原位自生復合材料的顯微組織圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

本發明的制備方法為：