本發(fā)明屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種采用熱爆合成輔助加壓工藝制備鎳鋁-碳化鎢（nial/wc）復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

鎳鋁（nial）金屬間化合物的高溫綜合性能優(yōu)良，具有較高的熔點(diǎn)和較低的密度，可以用在材料高溫性能要求較高的航空航天，電力鍋爐領(lǐng)域廣泛使用。但是nial金屬間化合物的高溫耐磨性較差，不能適應(yīng)高溫大載荷接觸摩擦條件下的使用。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)鎳鋁-碳化鎢（nial/wc）復(fù)合材料的應(yīng)用主要集中在硬質(zhì)合金方面，通過熱爆合成或者高溫?zé)Y(jié)制備。這些技術(shù)的研究以及應(yīng)用，充分挖掘了鎳鋁碳化鎢復(fù)合材料的潛力，帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。專利號(hào)為201210564724.x的中國(guó)專利公開了采用nial作粘結(jié)相，wc和tic作為硬質(zhì)相，并采用10～40wt%的co粉和fe粉粘結(jié)。制備包括：按ni-50at.%al的成分比例,把0.03～21.04wt%鎳粉和鋁粉,與碳化物粉末混合均勻；置于石墨容器中鋪平,非氧化性氣氛下,升溫加熱至660～1300℃,保溫,然后自然冷卻,獲得碳化物與nial的混合物；碾磨、破碎、過篩,獲得混合粉末；400±50℃的氫氣氛下脫氧預(yù)處理；將45.77-96.34wt%的混合粉末,與余量的co和/fe粉末濕磨；濕磨混合料噴霧干燥、壓制；壓坯1350～1550℃低壓液相燒結(jié)獲得抗高溫磨損硬質(zhì)合金。制備的co和fe粘結(jié)的鎳鋁-碳化鎢（nial/wc）硬質(zhì)合金組織結(jié)構(gòu)均勻、合金粘結(jié)相顯微硬度高，合金抗高溫磨損性能優(yōu)異。專利號(hào)為201310147055.0的中國(guó)專利以ni-al金屬間化合物為粘結(jié)相的硬質(zhì)合金及制備方法,以wc-al4w預(yù)合金粉作為前驅(qū)體,由碳化鎢粉、鎳粉、所述wc-al4w預(yù)合金粉和炭黑經(jīng)燒結(jié)形成以ni-al金屬間化合物為粘結(jié)相的硬質(zhì)合金,其粘結(jié)相為單一nial粘結(jié)相,或單一ni3al粘結(jié)相,或nial-ni3al聯(lián)合粘結(jié)相,或ni3al-ni聯(lián)合粘結(jié)相。以ni-al金屬間化合物為粘結(jié)相的硬質(zhì)合金粘結(jié)相分布均勻、致密度高、合金強(qiáng)度高,粘結(jié)相中無氧化鋁殘留,避免了由于氧化鋁存在而產(chǎn)生的脆性斷裂源,提高了合金的使用性能。

另外申請(qǐng)公開號(hào)為cn101613817a的中國(guó)專利“一種鎳鋁基復(fù)合材料作為高溫自潤(rùn)滑耐磨材料的應(yīng)用”發(fā)明了一種鎳鋁基復(fù)合材料作為高溫自潤(rùn)滑耐磨材料，這種材料復(fù)合了al2o3和tic，復(fù)合材料的700-900℃的摩擦系數(shù)和磨損率低于ni基合金，從而顯著的提高了nial基復(fù)合材料的高溫摩擦磨損性能。

綜合以上文獻(xiàn)，目前制備方法主要通過金屬間化合物預(yù)合金法和燒結(jié)反應(yīng)法，通過往nial中添加各種陶瓷硬質(zhì)相，制備出nial/陶瓷復(fù)合材料，在nial金屬間化合物中加入高硬度的陶瓷顆粒，來提高材料的硬度和耐磨性，提高高溫條件下抗氧化腐蝕和耐高溫摩擦磨損性能。

但燒結(jié)反應(yīng)法需要原料進(jìn)行化合反應(yīng)，嚴(yán)重影響合金的收縮致密，會(huì)在復(fù)合材料中產(chǎn)生孔洞；

而金屬間化合物預(yù)合金法是先制備nial金屬間化合物預(yù)合金粉，制備金屬間化合物預(yù)合金粉時(shí)會(huì)形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致粘結(jié)相分布的均勻性較差，成分穩(wěn)定性低，并且該法需要經(jīng)過兩次燒結(jié)，步驟復(fù)雜，材料制備時(shí)間較長(zhǎng)，耗能高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種鎳鋁-碳化鎢（nial/wc）復(fù)合材料的制備方法，不需要進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，通過混合粉末的熱爆反應(yīng)，一次性制備出成分穩(wěn)定的復(fù)合材料。實(shí)現(xiàn)以下發(fā)明目的：

1、制備的鎳鋁-碳化鎢（nial/wc）復(fù)合材料致密度95%以上，同時(shí)，wc的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)40%。

2、制備的鎳鋁-碳化鎢（nial/wc）復(fù)合具有優(yōu)異的高溫耐磨性。

3、該制備方法制備的鎳鋁-碳化鎢（nial/wc）復(fù)合材料工藝簡(jiǎn)單，降低了能量消耗。

為解決現(xiàn)有的技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種耐高溫磨損鎳鋁-碳化鎢（nial/wc）復(fù)合材料包括以下原材料：

ni粉、al粉、wc粉；所述ni粉、al粉的摩爾比為1:1；wc粉的質(zhì)量占ni-al-wc混合粉末總質(zhì)量的5～40wt%；

ni粉：顆粒尺寸為100～300目，純度95%～99.5%；al粉：顆粒大小為100～300目，純度95%～99.5%，wc粉：顆粒大小為100-200目，純度95%～99.5%。

一種耐高溫磨損鎳鋁-碳化鎢（nial/wc）復(fù)合材料的制備方法，其特征是包括以下實(shí)施步驟：

(1)配料

本工藝中使用的原材料中的規(guī)格如下：ni顆粒尺寸為100～300目，純度95%～99.5%；al粉顆粒大小為100～300目，純度95%～99.5%，wc顆粒大小為100-200目，純度95%～99.5%。

按照摩爾比1:1的比例混合ni粉al粉，然后將ni-al混合粉末與wc陶瓷粉末進(jìn)行配比，其中wc在ni-al-wc混合粉末中的質(zhì)量百分比在5-40wt%，將混合好的粉末在行星球磨機(jī)球磨2小時(shí)，得到均勻混合的粉末。

壓坯

將步驟（1）中按比例混合好的ni-al-wc混合粉末施加200mpa～400mpa的壓力壓制成坯，壓坯密度在75%以上。

熱爆合成輔助加壓

將壓坯放入預(yù)熱到溫度700-1000℃的電阻加熱爐中加熱并且同時(shí)施加20-40mpa的壓力，壓力優(yōu)選為30-40mpa；進(jìn)一步優(yōu)選為30mpa；

引發(fā)熱爆合成反應(yīng)，反應(yīng)完畢后，取出樣品直至室溫冷卻。

附圖說明

圖1實(shí)施例1、2、3、4的nial/wc復(fù)合材料的xrd圖；

圖2nial/wc復(fù)合材料的sem圖

其中，（a）是實(shí)施例4的sem圖；（b）是實(shí)施例2的sem圖；（c）是實(shí)施例1的sem圖；（d）是碳化鎢的eds圖譜；

圖3實(shí)施例1、2、4的nial/wc復(fù)合材料的800℃高溫摩擦系數(shù)圖；

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明達(dá)到的技術(shù)效果是：

（1）本發(fā)明制備的鎳鋁-碳化鎢（nial/wc）復(fù)合材料微觀形貌均勻、致密度可達(dá)95%以上，穩(wěn)定性非常好；

（2）本發(fā)明制備的鎳鋁-碳化鎢（nial/wc）復(fù)合材料顯微硬度為450-570hv；

（3）本發(fā)明制備的鎳鋁-碳化鎢（nial/wc）復(fù)合材料耐高溫磨損率（800℃）為5.47×10^-5-8.47×10^-5mm³(nm)^-1。

本發(fā)明制備的鎳鋁-碳化鎢（nial/wc）復(fù)合材料復(fù)合材料的成分主要為nial以及wc硬質(zhì)相，整個(gè)過程利用原材料之間的熱爆反應(yīng)，不需要高溫?zé)Y(jié)，形成的復(fù)合材料兩相分布均勻，制備的復(fù)合材料的致密度高，顯微硬度高，同時(shí)具有良好的抗高溫摩擦磨損性能。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1一種耐高溫磨損的鎳鋁-碳化鎢復(fù)合材料的制備方法

(1)配料

本工藝中使用的原材料中的規(guī)格如下：

ni粉：顆粒大小為200目，純度99.0%；

al粉：顆粒大小為200目，純度99.5%；

wc粉：顆粒大小為200目，純度99.5%。

按照摩爾比1:1的比例混合ni粉和al粉，然后將ni-al混合粉末與wc粉進(jìn)行混合，將混合好的粉末在行星球磨機(jī)球磨2小時(shí)，球磨的速度300r/min，得到均勻混合的ni-al-wc混合粉末；

其中wc粉在ni-al-wc混合粉末中占的質(zhì)量百分比為5%。

壓坯

將步驟（1）中混合好的ni-al-wc混合粉末施加200mpa的壓力壓制成坯；壓坯用內(nèi)徑為40mm的模具，壓制成尺寸規(guī)格為直徑40mm×30mm的圓柱形坯，壓坯密度在75%。

熱爆合成輔助加壓

將電阻加熱爐預(yù)熱到700℃，將步驟（2）壓制的坯放入700℃的電阻加熱爐中加熱，同時(shí)施加30mpa的壓力，引發(fā)熱爆合成反應(yīng)，反應(yīng)完畢后，取出樣品直至冷卻至室溫，得到鎳鋁-碳化鎢復(fù)合材料。

實(shí)施例2一種耐高溫磨損的鎳鋁-碳化鎢復(fù)合材料的制備方法

(1)配料

本工藝中使用的原材料中的規(guī)格如下：

ni粉：顆粒大小為200目，純度99.0%；

al粉：顆粒大小為200目，純度99.5%；

wc粉：顆粒大小為100目，純度99.5%。

按照摩爾比1:1的比例混合ni粉和al粉，然后將ni-al混合粉末與wc粉進(jìn)行混合，將混合好的粉末在行星球磨機(jī)球磨2小時(shí)，球磨的速度300r/min，得到均勻混合的ni-al-wc混合粉末；

其中wc粉在ni-al-wc混合粉末中占的質(zhì)量百分比為30%。

壓坯

將步驟（1）中混合好的ni-al-wc混合粉末施加200mpa的壓力壓制成坯；壓坯用內(nèi)徑為40mm的模具，壓制成尺寸規(guī)格為直徑40mm×30mm的圓柱形坯，致密度在75%。

熱爆合成輔助加壓

將電阻加熱爐預(yù)熱到700℃，將步驟（2）壓制的坯放入700℃的電阻加熱爐中加熱，同時(shí)施加40mpa的壓力，引發(fā)熱爆合成反應(yīng)，反應(yīng)完畢后，取出樣品直至冷卻至室溫，得到鎳鋁-碳化鎢復(fù)合材料。

實(shí)施例3一種耐高溫磨損的鎳鋁-碳化鎢復(fù)合材料的制備方法

(1)配料

本工藝中使用的原材料中的規(guī)格如下：

ni粉：顆粒大小為100目，純度95%；

al粉：顆粒大小為100目，純度95%；

wc粉：顆粒大小為100目，純度95%。

按照摩爾比1:1的比例混合ni粉和al粉，然后將ni-al混合粉末與wc粉進(jìn)行混合，將混合好的粉末在行星球磨機(jī)球磨2小時(shí)，球磨的速度300r/min，得到均勻混合的ni-al-wc混合粉末；

其中wc粉在ni-al-wc混合粉末中占的質(zhì)量百分比為10%。

壓坯

將步驟（1）中混合好的ni-al-wc混合粉末施加350mpa的壓力壓制成坯；壓坯用內(nèi)徑為40mm的模具，壓制成尺寸規(guī)格為直徑40mm×30mm的圓柱形坯，致密度在82%。

熱爆合成輔助加壓

將電阻加熱爐預(yù)熱到750℃，將步驟（2）壓制的坯放入750℃的電阻加熱爐中加熱，同時(shí)施加30mpa的壓力，引發(fā)熱爆合成反應(yīng)，反應(yīng)完畢后，取出樣品直至冷卻至室溫，得到鎳鋁-碳化鎢復(fù)合材料。

實(shí)施例4一種耐高溫磨損的鎳鋁-碳化鎢復(fù)合材料的制備方法

(1)配料

本工藝中使用的原材料中的規(guī)格如下：

ni粉：顆粒大小為250目，純度99.5%；

al粉：顆粒大小為250目，純度99.5%；

wc粉：顆粒大小為200目，純度99.5%。

按照摩爾比1:1的比例混合ni粉和al粉，然后將ni-al混合粉末與wc粉進(jìn)行混合，將混合好的粉末在行星球磨機(jī)球磨2小時(shí)，球磨的速度300r/min，得到均勻混合的ni-al-wc混合粉末；

其中wc粉在ni-al-wc混合粉末中占的質(zhì)量百分比為20%。

壓坯

將步驟（1）中混合好的ni-al-wc混合粉末施加400mpa的壓力壓制成坯；壓坯用內(nèi)徑為40mm的模具，尺寸規(guī)格為直徑40mm×30mm的圓柱形坯，致密度在86%。

熱爆合成輔助加壓

將電阻加熱爐預(yù)熱到800℃，將步驟（2）壓制的坯放入800℃的電阻加熱爐中加熱，同時(shí)施加40mpa的壓力，引發(fā)熱爆合成反應(yīng)，反應(yīng)完畢后，取出樣品直至冷卻至室溫，得到鎳鋁-碳化鎢復(fù)合材料。

對(duì)實(shí)施例1-4獲得的復(fù)合材料進(jìn)行打磨拋光后，進(jìn)行相關(guān)的微觀形貌觀察、成分分析，顯微硬度測(cè)試以及高溫摩擦磨損性能測(cè)試。

經(jīng)試驗(yàn)，實(shí)施例1-4制備的鎳鋁-碳化鎢（nial/wc）復(fù)合材料的技術(shù)指標(biāo)見表1；

表1鎳鋁-碳化鎢（nial/wc）復(fù)合材料的技術(shù)指標(biāo)

由上表可見，本發(fā)明制備的鎳鋁-碳化鎢（nial/wc）復(fù)合材料微觀形貌均勻、無孔洞，致密度達(dá)95-97%，顯微硬度為450-570hv，耐高溫磨損率（800℃）為5.47×10^-5-8.47×10^-5mm³(nm)^-1，其中實(shí)施例2為優(yōu)選實(shí)施例。

結(jié)果表明，獲得的復(fù)合材料的成分主要為nial以及wc硬質(zhì)相，兩相分布均勻，制備的復(fù)合材料的致密度高，顯微硬度高，同時(shí)具有良好的抗高溫摩擦磨損性能。

除非特殊說明和本領(lǐng)域常用單位，本發(fā)明所述比例，均為質(zhì)量比例，所述百分比，均為質(zhì)量百分比。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。