[發明專利]一種金屬碳化物核殼包覆的鐵基復合粉末及其制備方法

在審

• 申請號: 202310595414.2
• 申請日: 2023-05-25
• 公開（公告）號: CN116604014A
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 廖相巍;康磊;宋成民;尚德禮;李廣幫;黃玉平;常桂華;彭春霖;楊驥
• 申請（專利權）人: 鞍鋼股份有限公司
• 主分類號: B22F1/065
• 分類號: B22F1/065;B22F1/16;C22C38/22;C22C38/02;C22C38/04;B22F9/08;C23C14/34;C23C8/22
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 陶新亞

本發明涉及一種金屬碳化物核殼包覆的鐵基復合粉末及其制備方法，所述鐵基復合粉末由金屬/碳化物包覆的鐵基粉末顆粒組成；金屬碳化物核殼以高M合金含量鐵基粉末顆粒為核心，以與金屬元素M形成的金屬碳化物MXCY為殼，金屬碳化物MXCY殼層內的碳化物體積分數沿鐵基粉末顆粒徑向呈梯度變化。本發明以氣霧化法制備的球形鐵基粉末顆粒為核心，通過原位反應在球形鐵基粉末顆粒表面包覆金屬/碳化物核殼，保留原鐵基粉末球形的形貌以保證鐵基粉末的流動性，最終制備出金屬/碳化物核殼包覆的鐵基復合粉末，為3D打印制備碳化物增強的鐵基復合材料提供優質原料。

技術領域

本發明涉及粉末冶金技術領域，尤其涉及一種金屬碳化物核殼包覆的鐵基復合粉末及其制備方法。

背景技術

隨著現代工業的高速發展，迫切需要能夠在高溫、高速、耐磨等復雜服役條件下工作的工模具和結構件，例如高速軋機的軋環、導向輪的軋輥、熱作模具等，而傳統的單一鋼鐵材料難以滿足上述服役條件的需要。

碳化物增強鋼鐵基復合材料由于同時具有金屬材料的優越韌性、冷熱加工性、可焊性，以及碳化物的高強高硬、耐磨等性能，而被廣泛的應用在冶金、煤礦、石油化工、航空航天等行業。

以“離散/堆積”增材制造為原理的快速成型技術(3D打印技術)，被認為是制造技術領域的一次突破性革新。鐵基復合材料的增材制造技術已成為國內外的研究重點，而利用增材加工成型技術制備金屬材料構件時，構件組織強烈依賴原材料粉體既有的組織形態。如果可以利用固態反應，在鐵合金粉體表面“預植”入大量碳化物增強體，得到一種具有特殊微觀結構的鐵基復合粉體，并以此種復合粉體作為增材制造的原料，就可以直接制備出碳化物增強體可控分布的鐵基復合材料，更好的發揮復合材料中增強體的強化效果。

結合國內外相關研究可知，包覆型復合粉體兼具復合材料多組分間的協同效應與核-殼型的包覆結構，可實現多功能和產生不同于原單一組分的新功能。但金屬類包覆型復合粉體的生產受加工設備昂貴、加工工藝繁瑣等制約，其加工難點在于：若要利用化學反應法得到高性能的單分散包覆式金屬基復合粉體，就必須解決已有母粒子在介質中保持良好的分散性這個難題；而現有的化學液相沉積法、化學氣相沉積法、化學固相沉積法，以及電鍍法等方法，均難以在高溫下保證芯部金屬母粒子在介質中的分散性，而且制備復合粉體的種類有限。而普通金屬型復合粉末的物理制備方法，如機械合金化、粘接法、燒結-破碎法、固相擴散法等，又難以制備出具有均勻包覆層、且包覆層與芯部材料結合牢固的金屬類復合粉體。

最新研究出了一種核殼狀增強體呈擴散包覆分布的鐵基復合粉末制備技術，本發明通過粉體表面的原位反應，制備出一種增強體在鐵基粉末表面成核殼狀擴散進粉體表面、呈完全包覆分布，而芯部仍為原始鐵粉成分且在加熱過程中不發生燒結現象，出爐后可以輕易的相互分散開的復合鐵粉，可以更充分的發揮出3D打印技術在鐵基復合材料領域的重大作用。

專利申請號為201910402857.9的中國專利申請公開了“一種金屬/碳化物核殼增強鋼鐵基復合材料及其制備方法”，采用石墨粉或碳鋼粉、鐵粉和高韌性金屬粉末(鉭粉、鈮粉、鈦粉、鋯粉、釩粉)經混料-模壓-燒結工藝制備碳化物增強鐵基復合材料，同時原位生成核殼狀碳化物分散于基體中。其通過混料機或球磨機混料的方式，很難使不同比重的粉末混合均勻，所以經模壓燒結后難以保證金屬/碳化物殼層的均勻性。而本發明是在每個球形的金屬粉末表面碳包覆、原位生成核殼碳化物，復合粉末表面包覆均勻，成型后制得的復合材料的性能更優。

發明內容

本發明提供了一種金屬碳化物核殼包覆的鐵基復合粉末及其制備方法，以氣霧化法制備的球形鐵基粉末顆粒為核心，通過原位反應在球形鐵基粉末顆粒表面包覆金屬/碳化物核殼，保留原鐵基粉末球形的形貌以保證鐵基粉末的流動性，最終制備出金屬/碳化物核殼包覆的鐵基復合粉末，為3D打印制備碳化物增強的鐵基復合材料提供優質原料。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案實現：