CN100507039C - 不锈钢-TiC纳米复合粉料及其制备方法 - Google Patents
不锈钢-TiC纳米复合粉料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种不锈钢-陶瓷纳米复合材料。不锈钢-TiC纳米复合粉料，其特征在于它由316不锈钢粉末、Ti粉和C粉原料混合球磨而成，各原料所占质量百分比为：316不锈钢粉末70-90wt%，Ti粉和C粉10-30wt%；其中Ti粉、C粉所占Ti粉和C粉的质量百分比为：Ti粉80wt%、C粉20wt%，Ti粉、C粉的平均粒度小于74um，纯度＞99%。该方法得到的复合粉料具有耐腐蚀性好、耐磨损性好、高杨氏模量、高化学稳定性、使用寿命长的特点，该方法工艺简单。利用本发明制成的粉末经成型和高温烧结后可得到细晶粒粉末冶金复合材料，具有耐腐蚀、耐磨损，高杨氏模量、高化学稳定性，使用寿命长的特点。
Description
技术领域
本发明属于纳米复合材料粉末技术领域，特别是涉及一种不锈钢-陶瓷纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
不锈钢是一大类高技术特殊钢种，其生产工艺可以采用轧制和粉末冶金方法来生产。不锈钢材料具有许多特殊的性能如耐腐蚀、耐磨损、高寿命、耐氧化等，在国民经济中占有重要地位。细化晶粒是提高材料性能的重要方法之一[1、2、3]，同时，利用第二相颗粒强化方法也可以有效提高材料的机械强度。TiC陶瓷是非常稳定的间隙型化合物，具有高熔点、高硬度、高杨氏模量、高化学稳定性、耐磨和耐腐蚀性，同时具有良好的导电和导热性能。有关TiC增强不锈钢的研究文献已有报道，主要采用铸造和粉末冶金工艺，获得的复合材料晶粒较大，还未达到纳米级[4]。
目前还未见有关兼具有316不锈钢和TiC陶瓷优良性能的纳米复合材料粉的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不锈钢-TiC纳米复合粉料及其制备方法，该方法得到的复合粉料具有耐腐蚀性好、耐磨损性好、高杨氏模量、高化学稳定性的特点，该方法工艺简单。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：不锈钢-TiC纳米复合粉料，其特征在于它由316不锈钢粉末、Ti粉和C粉原料混合球磨而成，各原料所占质量百分比为：316不锈钢粉末70-90wt％，Ti粉和C粉10-30wt％；其中Ti粉、C粉所占Ti粉和C粉的质量百分比为：Ti粉80wt％、C粉20wt％，Ti粉、C粉的平均粒度小于74um，纯度>99％。
上述不锈钢-TiC纳米复合粉料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)、以316不锈钢粉末、Ti粉和C粉为原料，按照316不锈钢粉末与Ti粉和C粉的质量百分比为：316不锈钢粉末70-90wt％，Ti粉和C粉10-30wt％配料；其中Ti粉、C粉所占Ti粉和C粉的质量百分比为：Ti粉80wt％、C粉20wt％，Ti粉、C粉的平均粒度小于74um，纯度>99％；
2)、配料后的原料混合均匀后，采用行星式球磨机进行高能球磨处理；球磨处理条件为：真空度小于或等于100帕，球料的质量比为20-35：1，选用不锈钢球为球磨介质，直径ф6mm，球磨机转速250-350r/min，球磨时间为60-80小时；球磨后得不锈钢-TiC纳米复合粉料。
所述的316不锈钢的化学成分(质量分数，％)为：C 0.15，Si 0.7，Mn 0.2，Ni 13.1，Mo 2.3，Cr 17.9，0 0.2，余为Fe。
本发明的有益效果是：
1、在本发明中TiC为陶瓷增强体(在球磨过程中，Ti粉和C粉发生原位反应形成TiC)。TiC陶瓷是非常稳定的间隙型化合物，具有高熔点、高硬度、高杨氏模量、高化学稳定性、耐磨和耐腐蚀性，添加到不锈钢中提高不锈钢综合性能，但太低的TiC添加量(小于10wt％)，效果不明显，添加太多TiC(大于30wt％)，会增加不锈钢的脆性。因此，选择TiC的添加量在10-30wt％。该方法得到的复合粉料与316不锈钢粉末相比，耐腐蚀性、耐磨损性、杨氏模量、化学稳定性得到了显著提高。
2、采用由316不锈钢粉末、Ti粉和C粉原料混合球磨，在球磨过程中，Ti粉和C粉发生原位反应形成TiC(反应后TiC在复合材料中的质量百分比为：10-30wt％)；利用TiC与不锈钢之间具有较好的化学相容性，采用本发明的高能球磨技术(即本发明的球磨工艺条件)获得了纳米级的不锈钢-TiC复合粉料(该粉末粒度经x射线检测可达到80-120纳米)；不锈钢-TiC复合粉料为纳米级时，该复合粉料的机械性能和耐磨性能得到了显著提高。
3、本发明采用混合球磨而成，本发明的工艺简单，容易实现。
4、利用本发明制成的不锈钢-TiC纳米复合粉料经成型和高温烧结后可得到细晶粒粉末冶金复合材料，该材料具有耐腐蚀、耐磨损，高杨氏模量、高化学稳定性，使用寿命长的特点；该材料可制造各种高性能的汽车零件等。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
以316不锈钢粉、Ti粉和C粉为原料，Ti粉、C粉的平均粒度小于74um，Ti粉、C粉的纯度>99％，316不锈钢粉末的平均粒度小于34um。按照316不锈钢粉末与Ti粉和C粉的质量百分比为：316不锈钢粉末90wt％，Ti粉和C粉10wt％配料混合(在球磨过程中，Ti粉和C粉发生原位反应形成TiC，即TiC的质量百分比为：10wt％)；其中Ti粉、C粉所占Ti粉和C粉的质量百分比为：Ti粉80wt％、C粉20wt％。混合后，采用南京大学制造的QM-SB行星式球磨机进行高能球磨处理，选用不锈钢球为球磨介质，直径ф6mm；球料比为20：1(质量比)，转速250r(转)/min(分钟)，球磨方式为干法球磨，球磨气氛为真空(真空度不高于100帕)；球磨60小时后，粉末经x射线检测可得到粒度为120纳米的不锈钢-TiC复合粉末。
实施例2：
以316不锈钢粉、Ti粉和C粉为原料，Ti粉、C粉的均粒度小于74um，纯度>99％，316不锈钢粉末的均粒度小于34um。按照316不锈钢粉末与Ti粉和C粉的质量百分比为：316不锈钢粉末80wt％，Ti粉和C粉20wt％配料混合(在球磨过程中，Ti粉和C粉发生原位反应形成TiC)；其中Ti粉、C粉所占Ti粉和C粉的质量百分比为：Ti粉80wt％、C粉20wt％。混合后，采用南京大学制造的QM-SB行星式球磨机进行高能球磨处理，选用不锈钢球为球磨介质，直径ф6mm；球料比为30：1(质量比)，转速300转/分钟，球磨方式为干法球磨，球磨气氛为真空(真空度不高于100帕)；球磨70小时后，粉末经x射线检测可得到粒度为100纳米的不锈钢-TiC复合粉末。
实施例3：
以316不锈钢粉、Ti粉和C粉为原料，Ti粉和C粉的均粒度小于74um，纯度>99％，316不锈钢粉末的均粒度小于34um。按照316不锈钢粉末与Ti粉和C粉的质量百分比为：316不锈钢粉末70wt％，Ti粉和C粉30wt％配料混合(在球磨过程中，Ti粉和C粉发生原位反应形成TiC)；其中Ti粉、C粉所占Ti粉和C粉的质量百分比为：Ti粉80wt％、C粉20wt％。混合后，采用南京大学制造的QM-SB行星式球磨机进行高能球磨处理，选用不锈钢球为球磨介质，直径ф6mm；球料比为35：1(质量比)，转速350转/分钟，球磨方式为干法球磨，球磨气氛为真空(真空度不高于100帕)；球磨80小时后，粉末经x射线检测可得到粒度为80纳米的不锈钢-TiC复合粉末。
参考文献：
[1]Wang Li.Tensile and wear properties of TiC reinforced 420 stainless steelfabricated by in situ synthesis[J].Journal of Southeast University，2004，20(4)：486-491.
[2]杨元政，杨柳静.机械合金化非晶合金及纳米合金的形成[J].材料研究学报，1995，9(1)：33-39.
[3]张亚萍，等.球磨环境对机械合金化合成纳米TiC的影响[J].石油大学学报，2005，2(29)：23-26.
[4]Zhang H W，Hei Z K，Liu G，et al.Formation of Nano-Structureed surface layeron AISI 304 stainless steel by means of surface mechanical attrition treatment[J].Acta Mater.，2003，51(7)：1871.
Claims (3)
1.不锈钢-TiC纳米复合粉料，其特征在于它由316不锈钢粉末、Ti粉和C粉原料混合球磨而成，各原料所占质量百分比为：316不锈钢粉末70-90wt％，Ti粉和C粉10-30wt％；其中Ti粉、C粉所占Ti粉和C粉的质量百分比为：Ti粉80wt％、C粉20wt％，Ti粉、C粉的平均粒度小于74um，纯度>99％。
2.根据权利要求1所述的不锈钢-TiC纳米复合粉料，其特征在于：所述的316不锈钢的化学成分质量百分数为：C0.15，Si0.7，Mn0.2，Ni13.1，Mo2.3，Cr17.9，00.2，余为Fe。
3.如权利要求1所述的不锈钢-TiC纳米复合粉料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)、以316不锈钢粉末、Ti粉和C粉为原料，按照316不锈钢粉末与Ti粉和C粉的质量百分比为：316不锈钢粉末70-90wt％，Ti粉和C粉10-30wt％配料；其中Ti粉、C粉所占Ti粉和C粉的质量百分比为：Ti粉80wt％、C粉20wt％，Ti粉、C粉的平均粒度小于74um，纯度>99％；
2)、配料后的原料混合均匀后，采用行星式球磨机进行高能球磨处理；球磨处理条件为：真空度小于或等于100帕，球料的质量比为20-35∶1，选用不锈钢球为球磨介质，直径ф6mm，球磨机转速250-350r/min，球磨时间为60-80小时；球磨后得不锈钢-TiC纳米复合粉料。
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