專利名稱：一種非連續(xù)陶瓷增強劑增強的金屬基復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料的制備，特別提供了一種用金屬涂層陶瓷增強劑增強的金屬基復(fù)合材料的制備方法。
金屬基復(fù)合材料具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損以及高強度、高韌性等優(yōu)異性能，廣泛地應(yīng)用于航天，化工，機械等領(lǐng)域，它綜合了金屬塑性、韌性以及陶瓷材料的高溫度、硬度，高模量，耐腐蝕的優(yōu)點，可在高溫、腐蝕、磨損等苛刻的工作條件下使用。但由于制備工藝復(fù)雜和成本高的限制，長期以來只在有限的領(lǐng)域得到應(yīng)用。隨增強劑成本降低和復(fù)合材料制備工藝技術(shù)的發(fā)展，金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用范圍逐漸擴大。航天、航空領(lǐng)域應(yīng)用的復(fù)合材料通常采用連續(xù)纖維增強的高比強金屬基復(fù)合材料，性能優(yōu)異，但成本較高且工藝復(fù)雜，對于工業(yè)應(yīng)用的高溫耐腐蝕金屬基復(fù)合材料，人們更感興趣的是非連續(xù)增強劑增強、增韌的復(fù)合材料，這是因為一方面非連續(xù)增強劑成本低，另一方面非連續(xù)增強劑增強金屬基復(fù)合材料制備工藝簡單，此外還可采用擠壓，軋制等工藝進(jìn)行二次加工，一般來講，非連續(xù)增強劑增強的金屬基復(fù)合材料用傳統(tǒng)的粉末冶金工藝制備，即將金屬基體與增強劑均勻混合經(jīng)液相燒結(jié)致密制備出復(fù)合材料，混合過程中的不均勻性，一方面將弱化增強劑顆粒、晶須與金屬基體的界面結(jié)合，另一方面影響燒結(jié)性和材料的性能。因此非連續(xù)增強劑增強的金屬基復(fù)合材料制備中的關(guān)健問題，一是增強劑與基體的界面相容性，另一是陶瓷增強劑在金屬基體中的分散均勻性問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種非連續(xù)陶瓷增強劑增強的金屬基復(fù)合材料的制備方法，其制備出的金屬基復(fù)合材料具有更為良好的性能，且成本提高不多。
本發(fā)明提供了一種金屬基復(fù)合材料的制備方法，適用于用非連續(xù)增強劑增強的金屬基復(fù)合材料，其特征在于在制備金屬基復(fù)合材料之前，將非連續(xù)增強劑表面預(yù)制該金屬基體涂層，涂層厚度在20～100μm；可適用的金屬基體材料選擇為Ni-Cr-Al-Ti、Fe-Ni-C、Ni-Ti合金，Ni、Mo、Cu金屬，增強劑選擇為TiC、WC、SiC、TiB2的顆粒或晶須。為更好地解決陶瓷顆粒與基體間的相容性問題，在預(yù)制金屬基體涂層前先在增強劑表面制備一層同時與增強劑和金屬基體均有良好潤濕性的金屬涂層。對于導(dǎo)電的增強劑直接采用電鍍的方法，在增強劑上預(yù)制金屬涂層。對于不導(dǎo)電的增強劑，首先通過化學(xué)鍍在表面形成金屬膜，然后用電鍍法形成需要的膜。用電化學(xué)方法在陶瓷顆粒、晶須表面進(jìn)行預(yù)鍍涂層這是本發(fā)明的又一特點，相對化學(xué)氣相沉積，物理氣相沉積涂層，電化學(xué)法具有無污染和低成本性，本發(fā)明有下述幾種較佳選擇1.金屬基體選擇為Ni-Cr-Al-Ti、Fe-Ni-C或Ni-Ti合金，增強劑選擇為TiC或WC鍍Ni膜，增強劑的加入量占總體積的30～80％。
2.金屬基體選擇為Cu基復(fù)合材料，增強劑選擇為SiC晶須，TiB2、Mo顆粒鍍Cu膜，增強劑加入量占總體積的5～50％。
3.金屬基體選擇為Ni基復(fù)合材料，增強劑選擇為SiC晶須鍍Ni膜，增強劑加入量占總體積的30～70％。
總之，本發(fā)明用電化學(xué)方法在陶瓷顆粒、晶須表面進(jìn)行預(yù)涂層以解決界面相容性與增強劑分散均勻性的問題，其所獲得的帶有金屬涂層的復(fù)合增強劑增強的金屬基復(fù)合材料比相同體積分?jǐn)?shù)的不涂層增強劑增強的Cu、Ni-Cr等金屬基復(fù)合材料獲得的密度、強度、硬度等力學(xué)性能均高，下面通過實施例詳述本發(fā)明。
實施例1 TiC-Ni-Cr-Ti-Al金屬基復(fù)合材料的制備1.增強劑TiC的表面涂層采用電化學(xué)方法在TiC表面預(yù)鍍Ni薄膜TiC顆粒表面的敏化和活化工藝①敏化敏化溶劑SnCl2·2H2O 10～20(g)Hcl 40～50ml(37％溶液)水1000ml室溫 5～10分鐘②活化活化溶液PdCl2(氯化鈀)0.4～0.8(g)Hcl 10ml(30％溶液)水1000ml室溫 5～10分鐘
③Ni化學(xué)鍍?nèi)芤毫蛩徭?NiSO4·7H2O)20～25克/升次磷酸鈉(NaH2Po2·H2O)15～20克/升醋酸鈉NaC2H3O210克/升檸檬酸鈉Na3C6H3O7·2H2O 10克/升pH值 4.1～4.4濕度 85～90℃在TiC表面形成Ni薄膜后再進(jìn)一步采用電鍍方法制備TiC/Ni膜復(fù)合粉末控制Ni膜厚度在20～100μm。
④Ni電鍍鍍液NiSO4·7H2O 250～300克/升NiCl2·6H2O 30～60克/升H3BO335～40克/升十二烷基硫酸鈉C12H25SO4Na 0.25～0.1克/升pH 3～4溫度45～60℃電位密度1～2.5A/dm22.獲得TiC/Ni膜復(fù)合粉末后，同Cr粉末混合均勻在980℃～1050℃真空擴散固溶，為增強Cr的擴散能力，加入一定量的活化劑(CrCl3·6H2O，NH4Cl，CrBr3·6H2O等)制備出具有良好界面結(jié)構(gòu)的TiC-NiCr復(fù)合粉末，加入Ti-Al經(jīng)熱壓，常壓燒法制備出高性能的TiC-NiCrTiAl復(fù)合材料，成分為50TiC，26Ni，22Cr，1.5Ti，0.5Al(體積份數(shù))，與末加涂層的材料相比性能得到顯著提高。性能比較見下表。
實施例2SiC晶須Cu基復(fù)合材料SiC晶須和TiC顆粒一樣是非導(dǎo)體，采用活化表面后才能用電化學(xué)方法鍍膜，從而獲得SiC/Cu膜復(fù)合晶須，1.敏化過程SnCl2·2H2O 10～20(g)HCl 40～60ml(37％水溶液)水 1000ml室溫 5～10分鐘2.活化過程PdCl20.5～0.8(g)Hcl 10ml(37％溶液)水 1000ml室溫 5～10分鐘3.化學(xué)鍍Cu第一部分CuSO4·5H2O30～50(g)KNaC4H4O6·4H2O 160～180(g)NaOH 50(g)水 1000(g)第二部分HCHO 200～300ml(37％)混合兩部分溶液，在室溫下化學(xué)鍍5～10分鐘4.電鍍Cu膜CuSO4·5H2O 150～250(g)H2SO445～110(g)溫度20～50℃電流密度1～3A/dm2獲得SiC晶須/Cu膜復(fù)合晶須，制備SiC晶須/Cu復(fù)合材料，其性能高于未鍍膜的復(fù)合材料，見下表(5％體積份數(shù)的SiC晶須)。
末鍍膜采用直接機械混合獲得實例3 TiB2/Cu基復(fù)合材料TiB2鍍Cu膜方法同SiC/Cu復(fù)合材料制備工藝，其與機械混合粉末制備的復(fù)合材料相比性能得到提高(TiB2占50％)
末鍍膜采用直接機械混合獲得實例4.Cu/Mo復(fù)合材料的制備在Mo表面鍍Cu采用直接電鍍的方式進(jìn)行CuSo4·5H2O為 150～250(g)H2SO445～110(g)溫度 20～50℃電位密度 1～3A/dm2可獲得要求厚度的Cu鍍膜和機械混合的Cu/Mo復(fù)合材料，性能比較如下(Mo占60％)
實例5 石黑粉末的金屬涂層材料石墨粉末的電鍍Ni，Cu等金屬膜工藝如下C/Cu膜同Cu/Mo電鍍工藝；C/Ni膜工藝NiSO4·7H2O 250～300克/升NiCl2·6H2O 30～60克/升H3BO335～40克/升十二烷基硫酸鈉 0.25～0.1克/升(C12H25SO4Na)PH值 3～4溫度45～60℃電流密度1～2.5A/dm2獲得的石墨/Cu、Ni膜復(fù)合粉末材料應(yīng)用于吸波過濾層材料，可大幅度提高吸波效果。
添加石墨/Cu膜粉提高阻抗過濾層的多層吸收體的共振吸收峰，基反射率的頻帶寬度比單層吸收體約寬一倍。
權(quán)利要求
1.一種非連續(xù)陶瓷增強劑增強的金屬基復(fù)合材料的制備方法，適用于用非連續(xù)增強劑增強的金屬基復(fù)合材料，其特征在于在制備金屬基復(fù)合材料之前，將非連續(xù)增強劑表面預(yù)制該金屬基體涂層，涂層厚度在20～100μm；可適用的金屬基體材料選擇為Ni-Ce-Al-Ti、Fe-Ni-C、Ni-Ti合金，Ni、Mo、Cu金屬，增強劑選擇為TiC、WC、SiC、TiB2的顆?；蚓ы殹?br> 2.按權(quán)利要求1所述金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于在預(yù)制金屬基體涂層前先在增強劑表面制備一層同時與增強劑和金屬基體均有良好潤濕性的金屬涂層。
3.按權(quán)利要求1所述金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于對于導(dǎo)電的增強劑直接采用電鍍的方法，在增強劑上預(yù)制金屬涂層。
4.按權(quán)利要求1所述金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于對于不導(dǎo)電的增強劑，首先通過化學(xué)鍍在表面形成金屬膜，然后再用電鍍法形成需要的膜。
5.按權(quán)利要求1所述金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于金屬基體選擇為Ni-Cr-Al-Ti、Fe-Ni-C或Ni-Ti合金，增強劑選擇為TiC或WC鍍Ni膜，增強劑的加入量占總體積的30～80％。
6.按權(quán)利要求1所述金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于金屬基體選擇為Cu基復(fù)合材料，增強劑選擇為SiC晶須，TiB2、Mo顆粒鍍Cu膜，增強劑加入量占總體積的5～50％。
7.按權(quán)利要求1所述金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于金屬基體選擇為Ni基復(fù)合材料，增強劑選擇為SiC晶須鍍Ni膜，增強劑加入量占總體積的30～70％。
全文摘要
一種非連續(xù)陶瓷增強劑增強的金屬基復(fù)合材料的制備方法,適用于用非連續(xù)增強劑增強的金屬基復(fù)合材料,其特征在于:在制備金屬基復(fù)合材料之前,將非連續(xù)增強劑表面預(yù)制該金屬基體涂層,涂層厚度在20～100μm;可適用的金屬基體材料選擇為Ni－Cr－Al－Ti、Fe－Ni－C、Ni－Ti合金,Ni、Mo、Cu金屬,增強劑選擇為TiC、WC、SiC、TiB
文檔編號C23C16/22GK1188158SQ9710501
公開日1998年7月22日 申請日期1997年1月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月13日
發(fā)明者陳聲琦, 周延春 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所