[發(fā)明專利]具有多尺度表面強(qiáng)化層的高溫耐磨材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210525983.5
• 申請日: 2022-05-13
• 公開（公告）號(hào): CN114892124B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱建雷;邱會(huì);劉小英;李鎖牢;金瑩;崔慧娟;景蕾
• 申請（專利權(quán)）人: 咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號(hào): C23C8/64
• 分類號(hào): C23C8/64
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 弓長

本發(fā)明公開了一種具有多尺度表面強(qiáng)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(nèi)層，外層由準(zhǔn)納米級(jí)(TiNb)C顆粒組成，中間層由微米級(jí)(TiNb)C顆粒組成，內(nèi)層由亞微米級(jí)(TiNb)C顆粒組成。本發(fā)明還公開了具有多尺度表面強(qiáng)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?jǐn)?shù)的層狀多尺度金屬碳化物(TiNb)C，形成高密高耐磨硬質(zhì)強(qiáng)化層，不僅具有金屬碳化物耐高溫、高硬度、高耐磨等優(yōu)點(diǎn)，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(xiàn)出超高的耐磨性，同時(shí)兼有良好的韌性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬碳化物耐磨強(qiáng)化材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有多尺度表面強(qiáng)化層的高溫耐磨材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著航空航天工業(yè)技術(shù)突飛猛進(jìn)，各種高溫高強(qiáng)高耐磨等苛刻應(yīng)用工況對材料的要求越來越苛刻，需同時(shí)具備高強(qiáng)度、高韌性、耐高溫、抗疲勞、抗磨損和高比強(qiáng)度等特性。TiNb高溫因具有優(yōu)異的高強(qiáng)度、高韌性、耐高溫、抗蠕變等高溫性能，但在高溫高速運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，其耐磨性嚴(yán)重不足，極大限制了工件的使用壽命。

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

因此，在TiNb合金表面制備高韌性陶瓷類表面強(qiáng)化復(fù)合材料，即通過制備表面增強(qiáng)的TiNb高溫合金基表面強(qiáng)化復(fù)合材料，使其同時(shí)具備優(yōu)異的強(qiáng)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(yīng)用范圍，延長其使用極限，這是急需解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有多尺度表面強(qiáng)化層的高溫耐磨材料，解決了現(xiàn)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(jié)合力差的問題。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有多尺度表面強(qiáng)化層的高溫耐磨材料的制備方法。

本發(fā)明所采用的第一技術(shù)方案是，具有多尺度表面強(qiáng)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(nèi)層，外層由準(zhǔn)納米級(jí)的(TiNb)C顆粒組成，中間層由微米級(jí)的(TiNb)C顆粒組成，內(nèi)層由亞微米級(jí)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(nèi)層的厚度為4μm～495μm。

本發(fā)明所采用的第二技術(shù)方案是，具有多尺度表面強(qiáng)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(zhì)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(zhì)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(jī)中混合均勻，形成混合粉末；

步驟3，對TiNb合金表面進(jìn)行研磨、拋光處理；

步驟4，在模具內(nèi)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(nèi)壁的間隙；

步驟5，將步驟4填充好的模具裝入高溫爐內(nèi)，進(jìn)行950～1250℃高溫滲碳處理，即可獲得具有多尺度表面強(qiáng)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(zhì)量百分比總和不大于84％。