[發明專利]具有多尺度表面強化層的高溫耐磨材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202210525983.5
• 申請日: 2022-05-13
• 公開（公告）號: CN114892124B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 朱建雷;邱會;劉小英;李鎖牢;金瑩;崔慧娟;景蕾
• 申請（專利權）人: 咸陽職業技術學院
• 主分類號: C23C8/64
• 分類號: C23C8/64
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 弓長

本發明公開了一種具有多尺度表面強化層的高溫耐磨材料，由TiNb合金基體和表面耐磨層組成，表面耐磨層包括外層、中間層和內層，外層由準納米級(TiNb)C顆粒組成，中間層由微米級(TiNb)C顆粒組成，內層由亞微米級(TiNb)C顆粒組成。本發明還公開了具有多尺度表面強化層的高溫耐磨材料的制備方法，采用固體滲碳工藝在TiNb合金表面原位生成高體積分數的層狀多尺度金屬碳化物(TiNb)C，形成高密高耐磨硬質強化層，不僅具有金屬碳化物耐高溫、高硬度、高耐磨等優點，不同尺度的(TiNb)C顆粒還具有改善金屬碳化物高脆性的作用，使該耐磨材料不僅表現出超高的耐磨性，同時兼有良好的韌性。

技術領域

本發明屬于金屬碳化物耐磨強化材料技術領域，涉及一種具有多尺度表面強化層的高溫耐磨材料及其制備方法。

背景技術

隨著航空航天工業技術突飛猛進，各種高溫高強高耐磨等苛刻應用工況對材料的要求越來越苛刻，需同時具備高強度、高韌性、耐高溫、抗疲勞、抗磨損和高比強度等特性。TiNb高溫因具有優異的高強度、高韌性、耐高溫、抗蠕變等高溫性能，但在高溫高速運轉工況下，其耐磨性嚴重不足，極大限制了工件的使用壽命。

目前，廣泛應用的高耐磨材料主要以表面強化或者表面涂層類材料為主，尤其是超高溫耐磨材料領域，主要以陶瓷材料為主。但陶瓷材料自身的高脆性，易發生無先兆性斷裂失效，將造成重大運行事故。

因此，在TiNb合金表面制備高韌性陶瓷類表面強化復合材料，即通過制備表面增強的TiNb高溫合金基表面強化復合材料，使其同時具備優異的強韌性、耐磨性和耐高溫性能，改善高溫合金表面性能，拓寬TiNb合金的應用范圍，延長其使用極限，這是急需解決的技術難題。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種具有多尺度表面強化層的高溫耐磨材料，解決了現有TiNb合金在高溫下耐磨性不足、表面陶瓷類耐磨層韌性低，與基體結合力差的問題。

本發明的另一個目的是提供一種具有多尺度表面強化層的高溫耐磨材料的制備方法。

本發明所采用的第一技術方案是，具有多尺度表面強化層的高溫耐磨材料，由TiNb合金基體和表面耐磨層組成，表面耐磨層包括外層、中間層和內層，外層由準納米級的(TiNb)C顆粒組成，中間層由微米級的(TiNb)C顆粒組成，內層由亞微米級的(TiNb)C顆粒組成。

其中，表面耐磨層的厚度為10～500μm。

外層的厚度為0.1μm～2μm，中間層的厚度為1μm～15μm，內層的厚度為4μm～495μm。

本發明所采用的第二技術方案是，具有多尺度表面強化層的高溫耐磨材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，按照質量百分比分別稱取以下組分：果殼木炭70～80％，石墨粉1～10％，Na₂CO₃2～5％，BaCO₃?10～16％，以上各組分的質量百分比之和為100％；

步驟2，將步驟1稱取的各組分裝入混料機中混合均勻，形成混合粉末；

步驟3，對TiNb合金表面進行研磨、拋光處理；

步驟4，在模具內部底面上平鋪一層步驟2所得混合粉末，然后將步驟3拋光處理后的TiNb合金放在混合粉末上，再在TiNb合金上面平鋪一層步驟2所得混合粉末，并用混合粉末填充TiNb合金與模具內壁的間隙；

步驟5，將步驟4填充好的模具裝入高溫爐內，進行950～1250℃高溫滲碳處理，即可獲得具有多尺度表面強化層的高溫耐磨材料。

果殼木炭的粒徑為0.5mm～1mm，石墨粉的粒徑為15μm～20μm。

步驟1中，果殼木炭和石墨粉的質量百分比總和不大于84％。