一種具有TiB₂表層的AlMgB₁₄-TiB₂超硬復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有TiB2表層的AlMgB14?TiB2超硬復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下：在下石墨電極和上石墨電極之間依次鋪設(shè)一層AlMgB14粉體和一層TiB2粉體，采用放電等離子燒結(jié)。本發(fā)明制備的復(fù)合材料硬度達(dá)到25?30GPa，抗彎強(qiáng)度2000?2100MPa，500℃高溫時(shí)具有優(yōu)良的抗氧化性能，表面摩擦系數(shù)0.2?0.3。
【專利說(shuō)明】
一種具有T i B2表層的AI MgBi4-T i B2超硬復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及特種陶瓷材料制備的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有TiB2表層的AlMgB14-TiB2超硬復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一類新型AlMgB14金屬陶瓷材料具有超高硬度和抗磨性能及其良好的化學(xué)穩(wěn)定性，可適用于軍事裝備和在極端力學(xué)條件下的機(jī)械裝備及刀具。
[0003]但由于六11%814金屬陶瓷材料的高溫抗氧化性能較低，限制了其應(yīng)用范圍。為了提高該復(fù)合材料的在高溫磨蝕工況條件下的服役壽命，必需提高其表面抗磨蝕性能，同時(shí)保持其超高硬度的特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有TiB2表層的AlMgB14-TiB2超硬復(fù)合材料的制備方法。
[0005]—種具有TiB2表層的AlMgB14-TiB2超硬復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下:
[0006]在石墨模具內(nèi)，下石墨電極和上石墨電極之間由下到上依次鋪設(shè)一層AlMgB14粉體和一層TiB2粉體，其中，所述AlMgB14層的厚度為2-10mm，所述TiB2層的厚度為0.5-1.0mm;所述AlMgB14和TiB2的顆粒尺寸為100-150μπι;采用放電等離子燒結(jié)，燒結(jié)是在真空度10—3?10一4Pa條件下進(jìn)行的，放電等離子燒結(jié)條件是:電流I = 1000-1500Α，脈沖頻率20-50ΗΖ，通電時(shí)間t = 10-15min，壓力P = 50-70MPa;當(dāng)溫度值達(dá)到1400-1500°C后保持5-10min，之后將電流緩慢減小至零，溫度冷卻至室溫。
[0007]本發(fā)明的有益效果:
[0008]本發(fā)明利用TiB2與AlMgB14的物理化學(xué)性質(zhì)相似，熱膨脹系數(shù)相近，二者具有良好的親和性的優(yōu)點(diǎn)。在燒結(jié)過(guò)程AlMgB14和TiB2陶瓷顆粒的連接界面具有較好的化合及潤(rùn)濕性，形成AlMgB14-TiB2過(guò)渡層(圖2)保證相間界面的良好結(jié)合。界面粉體在瞬間強(qiáng)脈沖電場(chǎng)的作用下快速產(chǎn)生的反應(yīng)熱使結(jié)合界面區(qū)加熱和局部熔化，形成元素互擴(kuò)散和化合，在壓力的輔助作用下快速形成固相燒結(jié)。TiB2具有高硬度、高溫化學(xué)穩(wěn)定性和減摩性等優(yōu)點(diǎn)，使AlMgB14-TiB2復(fù)合材料不但具有超高硬度，且其強(qiáng)韌性和抗磨蝕性能得到顯著提高。本發(fā)明的復(fù)合材料硬度達(dá)到25-30GPa，抗彎強(qiáng)度2000-2100MPa，500°C高溫時(shí)具有優(yōu)良的抗氧化性能，表面摩擦系數(shù)0.2-0.3。
【附圖說(shuō)明】
:
[0009]圖1為本發(fā)明超硬復(fù)合材料制備方法的原理圖；
[0010]其中:l、AlMgB14層2、TiB2層3、石墨模具4、下石墨電極5、上石墨電極6、下壓頭7、上壓頭；
[0011]圖2為超硬復(fù)合材料不意圖；
[0012]其中:l、AlMgBi4層8、AlMgBirTiB2層 2、TiB2層
[0013]圖3為實(shí)施例2所得的復(fù)合材料金相照片。
[0014]其中:l、AlMgBi4層8、AlMgBirTiB2層 2、TiB2層。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1
[0016]在下石墨電極和上石墨電極之間依次鋪設(shè)一層AlMgB14粉體和一層TiB2粉體，其中，所述AlMgB14層的厚度為2mm，所述TiB2層的厚度為0.3mm;所述AlMgB14和TiB2的顆粒尺寸為120μπι;采用放電等離子燒結(jié)，燒結(jié)是在真空度10—3Pa條件下進(jìn)行的，放電等離子燒結(jié)條件是:電流I = 1000Α，脈沖頻率50Hz，通電時(shí)間t = 1min，壓力P = 50MPa ；當(dāng)溫度值達(dá)到1400°C后保持5min，之后將電流緩慢減小至零，溫度冷卻至室溫。
[0017]制備的復(fù)合材料硬度為25GPa，抗彎強(qiáng)度2000MPa，500°C高溫時(shí)具有優(yōu)良的抗氧化性能，表面摩擦系數(shù)0.21ο
[0018]實(shí)施例2
[0019]在下石墨電極和上石墨電極之間依次鋪設(shè)一層AlMgB14粉體和一層TiB2粉體，其中，所述AlMgB14層的厚度為5mm，所述TiB2層的厚度為0.4mm;所述AlMgB14和TiB2的顆粒尺寸為120μπι;采用放電等離子燒結(jié)，燒結(jié)是在真空度10—3Pa條件下進(jìn)行的，放電等離子燒結(jié)條件是:電流I = 1200Α，脈沖頻率50Hz，通電時(shí)間t = 15min，壓力P = 60MPa ；當(dāng)溫度值達(dá)到1400°C后保持8min，之后將電流緩慢減小至零，溫度冷卻至室溫。
[0020]制備的復(fù)合材料硬度為28GPa，抗彎強(qiáng)度2100MPa，500°C高溫時(shí)具有優(yōu)良的抗氧化性能，表面摩擦系數(shù)0.23。
[0021]實(shí)施例3
[0022]在下石墨電極和上石墨電極之間依次鋪設(shè)一層AlMgB14粉體和一層TiB2粉體，其中，所述AlMgB14層的厚度為8mm，所述TiB2層的厚度為0.5mm;所述AlMgB14和TiB2的顆粒尺寸為ΙΟΟμπι;采用放電等離子燒結(jié)，燒結(jié)是在真空度10—4Pa條件下進(jìn)行的，放電等離子燒結(jié)條件是:電流I = 1300Α，脈沖頻率40Hz，通電時(shí)間t = 15min，壓力P = 60MPa ；當(dāng)溫度值達(dá)到1500°C后保持8min，之后將電流緩慢減小至零，溫度冷卻至室溫。
[0023]制備的復(fù)合材料硬度為30GPa，抗彎強(qiáng)度2100MPa，500°C高溫時(shí)具有優(yōu)良的抗氧化性能，表面摩擦系數(shù)0.25。
[0024]實(shí)施例4
[0025]在下石墨電極和上石墨電極之間依次鋪設(shè)一層AlMgB14粉體和一層TiB2粉體，其中，所述AlMgB14層的厚度為10mm，所述TiB2層的厚度為0.5mm;所述AlMgB14和TiB2的顆粒尺寸為ΙΟΟμπι;采用放電等離子燒結(jié)，燒結(jié)是在真空度10—4Pa條件下進(jìn)行的，放電等離子燒結(jié)條件是:電流I = 1500Α，脈沖頻率50Hz，通電時(shí)間t = 15min，壓力P = 70MPa ；當(dāng)溫度值達(dá)到1500°C后保持lOmin，之后將電流緩慢減小至零，溫度冷卻至室溫。
[0026]制備的復(fù)合材料硬度為27GPa，抗彎強(qiáng)度2100MPa，500°C高溫時(shí)具有優(yōu)良的抗氧化性能，表面摩擦系數(shù)0.22。
[0027]上述實(shí)施方案為本發(fā)明最佳的實(shí)施方案，但本發(fā)明的實(shí)施方案并不受上述實(shí)施方案的限制，其他的任何不違背本發(fā)明原理的條件下，可以通過(guò)改變參數(shù)的形式所產(chǎn)生的實(shí)施例，都包含于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有TiB2表層的AlMgB14-TiB2超硬復(fù)合材料，其特征在于，由一層AlMgB14粉體和一層TiB2粉體通過(guò)放電等離子燒結(jié)而成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有TiB2表層的AlMgB14-TiB2超硬復(fù)合材料，其特征在于，燒結(jié)條件是:電流I = 1000-1500A，脈沖頻率20-50Hz，通電時(shí)間t = 10_15min，壓力P = 50_70MPa。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有TiB2表層的AlMgB14-TiB2超硬復(fù)合材料，其特征在于，燒結(jié)是在真空度10—3?10—4Pa條件下進(jìn)行的。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有TiB2表層的AlMgB14-TiB2超硬復(fù)合材料，其特征在于，燒結(jié)溫度為 1400-1500°C，維持5-10min。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有TiB2表層的AlMgB14-TiB2超硬復(fù)合材料，其特征在于，所述AlMgB14層的厚度為2-10mm，所述TiB2層的厚度為0.3-0.5mm;燒結(jié)過(guò)程在AlMgB14與TiB2之間形成AlMgBi4_TiB2復(fù)合過(guò)渡層，厚度為0.1-0.3mm。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有TiB2表層的AlMgB14-TiB2超硬復(fù)合材料，其特征在于，所述AlMgBw和TiB2的顆粒尺寸為100-150μπι。7.—種根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的具有TiB2表層的AlMgB14-TiB2超硬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，具體步驟如下: 在石墨模具內(nèi)，下石墨電極和上石墨電極之間由下到上依次鋪設(shè)一層AlMgB14粉體和一層TiB2粉體，其中，所述AlMgB14層的厚度為2-10mm，所述TiB2層的厚度為0.5-1.0mm;所述AlMgB14和TiB2的顆粒尺寸為100-150μπι;采用放電等離子燒結(jié)，燒結(jié)是在真空度10—3?10—4Pa條件下進(jìn)行的，放電等離子燒結(jié)條件是:電流I = 1000-1500Α，脈沖頻率20-50ΗΖ，通電時(shí)間t = 10-15min，壓力P = 50-70MPa;當(dāng)溫度值達(dá)到1400-1500°C后保持5-10min，之后將電流緩慢減小至零，溫度冷卻至室溫。
【文檔編號(hào)】C04B35/58GK105906345SQ201610209639
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年3月30日
【發(fā)明人】孟慶森, 莊蕾, 戴景杰, 翟明戈, 胡力方
【申請(qǐng)人】青島濱海學(xué)院