專利名稱：：一種塊體鎳硅基非晶-納米晶復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明敘述了一種塊體鎳硅基非晶-納米晶復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：塊體非晶-納米晶復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高硬度和良好的韌性，因而具有優(yōu)良的抗氧化性和耐磨損性，是一種在航天、航空、航海和核能等高技術(shù)工業(yè)方面具有潛在的應(yīng)用前景的高性能結(jié)構(gòu)材料。塊體非晶-納米晶復(fù)合材料目前多用非晶晶化或在非晶基底中加入納米顆粒的方法獲得，在制備的過程中不宜控制晶化過程晶粒的大小，也無(wú)法在非晶熔體中很好的控制納米顆粒的分散性，另外，以上過程均需上千度的熔煉溫度。所以，目前的制備工藝存在耗能耗時(shí)，不易控制的缺點(diǎn)，制約了塊體非晶-納米晶復(fù)合材料走向應(yīng)用。本發(fā)明采用的制備方法所需外加溫度低，制備工藝及所需設(shè)備簡(jiǎn)單，易于控制，具有節(jié)能、省時(shí)、成本低廉的特點(diǎn)，有工業(yè)應(yīng)用的潛力。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供.一種節(jié)能省時(shí)的塊體鎳硅基非晶-納米晶復(fù)合材料及其制備方法。一種塊體鎳硅基非晶-納米晶復(fù)合材料，以原子百分?jǐn)?shù)計(jì)，材料由鎳37.5-57.0，硅12.519.0以及余量的銅組成。一種塊體鎳硅基非晶-納米晶復(fù)合材料材料的制備方法，其特征在于該方法包括將硅粉鎳粉的質(zhì)量比為l:26的原料，在球磨機(jī)中干混610小時(shí)，置于銅辨具中以1030MPa的壓力壓實(shí)；再稱取鋁氧化銅的質(zhì)量比為1:1.12.3的粉狀反應(yīng)物料，混合均勻，置于硅鎳混合粉料壓坯上，以1030MPa的壓力壓成反應(yīng)物胚塊，置于反應(yīng)容器中，將引燃劑置于反應(yīng)物胚塊上，引燃劑是由高錳酸鹽'鎂粉'硫化物組成的寧合物，各鄉(xiāng)且分高錳酸鹽鎂粉硫化物的質(zhì)量比為1.0:1.5:(2.0-2.5);用惰性氣體吹反應(yīng)容器以排除其中的空氣；將反應(yīng)物胚塊加熱到150。C2(XrC，并在此溫度保溫12小時(shí)；再?gòu)娜萜髦信懦龔姆磻?yīng)物料表面脫附的氣體，通入310MPa惰性氣體；繼續(xù)加熱到大約250~270°C，通過引燃劑引發(fā)反應(yīng)，反應(yīng)完成后，材料隨反應(yīng)容器冷卻至室溫。本發(fā)明的引燃劑的重量百分含量占總反應(yīng)物料的3~9%。采用以上的制備方法，由于反應(yīng)產(chǎn)物在銅模具中獲得了較大的過冷度，而且Ni-Si-Cu體系具有較高的非晶化能力，同時(shí)反應(yīng)過程在較高的壓力下進(jìn)行，抑制了熔融態(tài)下原子的擴(kuò)散能力，使得Ni-Si-Cu合金最終以非晶-納米晶復(fù)合物的形態(tài)存在。本發(fā)明制備的塊體鎳硅基材料的XRD，TEM結(jié)果表明其具有非晶-納米品復(fù)合結(jié)構(gòu)，納米晶與非晶基底的體積比為1:4~5，粒度在525nm，且均勻存在于非晶基底中，材料的厚度為710mm，其它方向不受限制。本發(fā)明制備的Ni-Si-Cu材料非晶-納米晶復(fù)合結(jié)構(gòu)的微觀組織均勻，具有純度高、組織致密的優(yōu)點(diǎn)。初步的性能測(cè)試結(jié)果表明(表1)，材料具有高強(qiáng)度、較高的硬度及良好的耐磨損性。本發(fā)明制備的材料性能重現(xiàn)性好，所測(cè)性能數(shù)據(jù)離散度不大于10%。硬度測(cè)定條件為，載荷500g，加載持續(xù)時(shí)間5s。采用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)測(cè)定了材料的抗彎強(qiáng)度，試樣尺寸為30x3x3mm，跨距為25mm，壓頭下移速度為0.1mm/min。磨損試驗(yàn)是在球一盤式SRV微動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，盤為本發(fā)明的材料，尺寸為19xl9x4mm，對(duì)偶為OlOmm的GCrl5鋼球。載荷40n,振幅lmm，頻率25Hz，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間30分鐘。表1Ni-Si-Cu塊體非晶材料的硬度、彎曲強(qiáng)度及磨損率<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:分別稱取硅粉鎳粉的質(zhì)量比為1:4.5的原料35g，在球磨機(jī)中干混6小時(shí)'置于銅模具中以20MPa的壓力壓實(shí)；再稱取質(zhì)量比為，鋁氧化銅=1:1.3的粉狀反應(yīng)物料408，混合均勻，置于硅鎳混合粉料壓坯上，以20MPa的fli力壓胚，置于反應(yīng)容器中。稱取4g質(zhì)量比為高錳酸鹽鎂粉硫化物h.o:1.6:2.3的引燃劑，以35MPa壓力壓制成坯置于反應(yīng)容器中，用惰性氣體吹洗反應(yīng)容器，以排除其中的空氣。將胚料加熱到200。C，并在此溫度保溫l小時(shí)，從容器屮排除從反應(yīng)物料表面脫附的氣體，再通入7MPa惰性氣體，繼續(xù)加熱反應(yīng)器到26(TC'左右，引燃劑在此溫度下引發(fā)反應(yīng)。反應(yīng)完成后材料隨反應(yīng)容器冷卻至室溫，然后從容器中取出。材料的顯微硬度為6.5GPa,彎曲強(qiáng)度為1490MPa,磨損率為0.8010-iVN"m"。實(shí)施例2:分別稱取質(zhì)量比為硅粉鎳粉=1:5.5的原料35g，在球磨機(jī)中千混7小時(shí)，置于銅模具中以20MPa的壓力壓實(shí)。再稱取質(zhì)量比為，鋁氧化銅=1:1.7的粉狀反應(yīng)物，混合均勻，稱取50g置于硅鎳混合粉料壓坯上，以20MPa壓力壓制成胚體。稱取5g質(zhì)量比為高錳酸鹽鎂粉硫化物=1.0:1.6:2.3的引燃劑，以35MPa壓力壓坯。將裝有反應(yīng)胚體及引燃劑塊的銅模具置于反應(yīng)容器中，用惰性氣體吹洗反應(yīng)容器以排除其中的空氣。將胚料加熱到20(TC，并在此溫度保溫l小時(shí)，從容器中排除從反應(yīng)物料表面脫附的氣體，再通入8MPa惰性氣體。繼續(xù)加熱反應(yīng)器到27(TC左右，引燃劑在此溫度下引發(fā)反應(yīng)。反應(yīng)完成后材料隨反應(yīng)容器冷卻至室溫，然后從容器中取出。材料的顯微硬度為7.1GPa，彎曲強(qiáng)度為1570MPa,磨損率為0.5610-"m3N"nr1。權(quán)利要求1、一種塊體鎳硅基非晶-納米晶復(fù)合材料，以原子百分?jǐn)?shù)計(jì)，材料由鎳37.5～57.0，硅12.5～19.0以及余量的銅組成。2、如權(quán)利要求1所說材料的制備方法，特征在于該方法包括將硅粉鎳粉的質(zhì)量比為1:26的原料，在球磨機(jī)中干混6~10小時(shí)，置于銅模具中以1030MPa的壓力壓實(shí)；再稱取鋁氧化銅的質(zhì)量比為1:1.12.3的粉狀反應(yīng)物料，混合均勻，置于硅鎳混合粉料壓坯上，以1030MPa的壓力壓成反應(yīng)物胚塊，置于反應(yīng)容器中，將引燃劑置于反應(yīng)物胚塊上，引燃劑是由高錳酸鹽，鎂粉，硫化物組成的混合物，各組分高錳酸鹽鎂粉硫化物的質(zhì)量比為1.0:1.5:(2.02.5);用惰性氣體吹反應(yīng)容器以排除其中的空氣；將反應(yīng)物胚塊加熱到150°C~200°C，并在此溫度保溫12小時(shí)；再?gòu)娜萜髦信懦龔姆磻?yīng)物料表面脫附的氣體，通入310MPa惰性氣體；繼續(xù)加熱到大約250~270°C，通過引燃劑引發(fā)反應(yīng)，反應(yīng)完成后，材料隨反應(yīng)容器冷卻至室溫。3、如權(quán)利要求2所說的方法，其特征在于引燃劑的重量百分含量占總反應(yīng)物料的3~9%。全文摘要本發(fā)明敘述了一種塊體鎳硅基非晶-納米晶復(fù)合材料及其制備方法。材料由鎳37.5～57.0，硅12.5～19.0以及余量的銅組成。本發(fā)明制備的塊體鎳硅基材料的XRD，TEM結(jié)果表明其具有非晶-納米晶復(fù)合結(jié)構(gòu)，納米晶與非晶基底的體積比為1∶4～5，粒度在5～25nm，且均勻存在于非晶基底中，材料的厚度為7～10mm，其它方向不受限制。材料結(jié)構(gòu)的微觀組織均勻，具有純度高、組織致密的優(yōu)點(diǎn)。初步的性能測(cè)試結(jié)果表明，材料具有高強(qiáng)度、較高的硬度及良好的耐磨損性。文檔編號(hào)C22C45/00GK101177767SQ200610104910公開日2008年5月14日申請(qǐng)日期2006年11月11日優(yōu)先權(quán)日2006年11月11日發(fā)明者劉維民,軍楊,畢秦嶺,薛群基申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所