專利名稱:分級復合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及分級復合材料,其具有對組合的磨損/沖擊應力的改善的抵抗性。所述復合物包含用碳化鈦的特殊結(jié)構(gòu)增強的鑄鐵或鋼的金屬基質(zhì)。
描述 分級復合物是材料科學中周知的一類。對于鑄造廠中制造的復合磨損部件,應當在充分的厚度內(nèi)存在增強體元件以耐受在磨損和沖擊方面顯著和同時的應力。
用碳化鈦增強的復合磨損部件是本領(lǐng)域本領(lǐng)域技術(shù)人員周知的,并且其通過不同途徑的制造記載在發(fā)表于Journal of Material Science 37 (2002),第3881-3892頁的概述文章《A review on the various synthesis routes of TiC reinforced ferrous based composites))中。
用原位產(chǎn)生的碳化鈦所增強的復合磨損部件是在該文章中2. 4項中提到的可能性中的一種。然而,在該情況下的磨損部件是由僅使用自蔓延高溫合成(SiB)反應背景下的粉末制造的,其中鈦與碳發(fā)生放熱反應從而在基于鐵基合金(也是以粉末形式引入的) 基質(zhì)中形成碳化鈦。該類型的合成允許獲得在鐵基合金基質(zhì)中均勻分散的微米級球狀碳化鈦(圖12A(c))。該文章還很好地描述了控制此類合成反應的困難。
文獻EP 1 450 973 (Poncin)描述了通過以下方法制造的磨損部件的增強體在旨在接納澆鑄金屬的模具中放置由粉末混合物形成的嵌入物,所述粉末混合物因在高溫 (> 1400°C )下澆鑄過程中由金屬提供的熱而彼此反應。粉末之間的反應由澆鑄金屬的熱所引發(fā)。在該SHS型反應后,反應性嵌入物的粉末產(chǎn)生原位形成的硬質(zhì)陶瓷顆粒的多孔團簇(團聚體);一旦形成且仍在很高的溫度下,該多孔團簇將立即被澆鑄金屬滲透。粉末之間的反應是放熱和自蔓延的,這允許在高溫下在模具中合成碳化物,并顯著提高多孔團簇對滲透金屬的可潤濕性。該技術(shù)盡管比粉化冶金經(jīng)濟得多,但仍是相當昂貴的。
文獻WO 02/053316 (Lintunen)特別公開了在粘結(jié)劑存在下通過鈦和碳之間的 SHS反應獲得的復合部件,這允許填充由碳化鈦構(gòu)成的骨架的孔隙。這些部件由在模具中壓縮的粉末制成。SHS反應后獲得的熱團塊(masse chaude)仍是塑性的并被壓縮成其最終的形狀。然而,反應的引燃不是由幾種外面的澆鑄金屬進行的,并且此外不存在由外面的金屬滲透的任何現(xiàn)象。文獻EP 0 852 978 Al和文獻US 5,256,368公開了類似的技術(shù),其與壓力或在壓力下的反應用于獲得增強部件的用途相關(guān)。
文獻GB 2 257 985 (Davies)公開了用于通過粉末冶金制造用碳化鈦增強的合金的方法。所述合金以在多孔金屬基質(zhì)中具有小于10 μ m尺寸的微觀球狀顆粒的形式存在。 選擇反應條件以使在待制造的部件中的SHS反應的前沿蔓延。反應由燃燒器引燃,并且不存在由外面的鑄造金屬的滲透。
文獻US 6,099,664 (Davies)公開了包含硼化鈦和任選地碳化鈦的復合部件。通過燃燒器加熱包含共晶的鐵鈦合金的粉末混合物以形成硼和鈦的放熱反應。在此,反應前沿穿過部件蔓延。
文獻US 6,451,249 Bl公開了包含任選地具有碳化物的陶瓷骨架的增強復合部件,所述碳化物通過作為粘結(jié)劑的金屬基質(zhì)彼此連接,并包含能夠按照SHS反應進行反應的鋁熱劑(thermite)用以產(chǎn)生陶瓷粒料的團聚所需的熔化熱。
文獻WO 93/03192和US 4,909,842也公開了用于制造一種包含微細分散在金屬基質(zhì)中的碳化鈦顆粒的合金的方法。它還涉及粉末冶金技術(shù)而不涉及在鑄造廠通過澆鑄的滲透技術(shù)。
文獻US 2005/045252公開了一種分級復合物,其具有周期性和三維的設(shè)置成條帶的硬質(zhì)和延展性金屬相的分級結(jié)構(gòu)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員還周知其它技術(shù),例如在熔化爐中在液體金屬中添加硬質(zhì)顆粒, 或采用嵌入物的再裝(rechargement)或增強技術(shù)。然而,所有這些技術(shù)具有各種缺點,不允許制造這樣的用碳化鈦增強的分級復合物,其幾乎沒有厚度限制,并且對沖擊和脫落具有良好的抵抗性,并且這以非常經(jīng)濟的方式進行。
發(fā)明目的 本發(fā)明發(fā)現(xiàn)可對現(xiàn)有技術(shù)缺點的補救,并公開了具有改善的耐磨損性同時保持良好抗沖擊性的分級復合材料。通過特定的增強結(jié)構(gòu)獲得該性質(zhì),所述特定的增強結(jié)構(gòu)采取包含富集碳化鈦微米級球狀顆粒的不連續(xù)毫米級區(qū)域的宏觀-微觀結(jié)構(gòu)形式。
本發(fā)明還提出了包含通過特定方法獲得的特定碳化鈦結(jié)構(gòu)的分級復合材料。
此外,本發(fā)明還提出了用于獲得包含特定碳化鈦結(jié)構(gòu)的分級復合材料的方法。
發(fā)明概述 本發(fā)明公開了一種分級復合材料,其包含按照規(guī)定的幾何形狀用碳化鈦增強的鐵基合金,其中所述增強部分包含富集碳化鈦的微米級球狀顆粒的毫米級區(qū)域的交替性宏觀-微觀結(jié)構(gòu),所述區(qū)域被基本不含碳化鈦的微米級球狀顆粒的毫米級區(qū)域所分隔,富集碳化鈦的微米級球狀顆粒的所述區(qū)域形成其中所述球狀顆粒之間的微米級間隙也被所述鐵基合金填充的微觀結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的特定實施方案,該分級復合材料包含下列特征的至少一種或一種合適的組合 一所述富集的毫米級區(qū)域具有大于36. 9體積%的碳化鈦濃度; 一所述增強部分具有16. 6至50. 5體積%的球形碳化鈦含量; 一碳化鈦的微米級球狀顆粒具有小于50微米的尺寸; 一碳化鈦的微米級球狀顆粒的主要部分具有小于20微米的尺寸; 一所述富集碳化鈦的球狀顆粒的區(qū)域包含36. 9至72. 2體積%的碳化鈦; —所述富集碳化鈦的毫米級區(qū)域具有1至12毫米不等的尺寸; 一所述富集碳化鈦的毫米級區(qū)域具有1至6毫米不等的尺寸; 一所述富集碳化鈦的區(qū)域具有1. 4至4毫米不等的尺寸; 一所述復合物是磨損部件。
本發(fā)明還公開了制造權(quán)利要求1至10中任一項所述的分級復合材料的方法,包括下列步驟 一提供模具,其包含具有預定增強幾何形狀的分級復合材料的模腔; 一以碳化鈦的毫米級粒料前體形式將包含碳和鈦的壓實粉末混合物引入到要形成增強部分的模腔部分中; 一將鐵基合金澆鑄到模具中,所述澆鑄的熱在所述前體粒料中弓I發(fā)碳化鈦的放熱自蔓延高溫合成(SHS); 一在分級復合材料的增強部分中,在所述前體粒料的位置處形成富集碳化鈦的微米級球狀顆粒的毫米級區(qū)域的交替性宏觀-微觀結(jié)構(gòu),所述區(qū)域被基本不含碳化鈦的微米級球狀顆粒的毫米級區(qū)域彼此分隔,所述球狀顆粒還在所述富集碳化鈦的毫米級區(qū)域中通過微米級間隙分隔; 一在形成微觀的碳化鈦的球狀顆粒之后,通過所述高溫鑄造鐵基合金滲透毫米級和微米級間隙。
根據(jù)本發(fā)明的特定實施方案,該方法包括下列特征的至少一種或一種合適的組合 一鈦與碳的壓實粉末混合物包含鐵基合金的粉末; 一所述碳是石墨。
本發(fā)明還公開了根據(jù)權(quán)利要求11至13任一項所述的方法獲得的分級復合材料。
最后,本發(fā)明還公開了包含根據(jù)權(quán)利要求1至10任一項或根據(jù)權(quán)利要求14的分級復合材料的工具或機器。
圖1顯示了在形成復合物的鋼或鑄鐵基質(zhì)中增強體的宏觀-微觀結(jié)構(gòu)的示意圖。 淺色相表示金屬基質(zhì),深色相表示富集球狀碳化鈦的區(qū)域。照片是用光學顯微鏡以低放大倍率在非蝕刻的拋光表面上拍攝的。
圖2以更高的放大倍率表示了富集球狀碳化鈦的區(qū)域向總體不含球狀碳化鈦的區(qū)域的邊界。還注意到在整體部件上金屬基質(zhì)的連續(xù)性。碳化鈦微米級顆粒之間的空間 (微米級間隙或孔)也被澆鑄金屬(鋼或鑄鐵)滲透。照片是用光學顯微鏡在低放大倍率下在非蝕刻的拋光表面上拍攝的。
圖3a_;3h描述了制造根據(jù)本發(fā)明的分級復合物的方法。
-步驟3a顯示了混合鈦和碳粉末的設(shè)備; -步驟北顯示了在兩輥之間將粉末壓實接著破碎和篩分并回收過細的顆粒; -圖3c顯示了一種砂模,其中放置隔離物用以在分級復合物的增強體的位置處容納壓實的粉末粒料。
-圖3d顯示了放大的增強區(qū)域,包含TiC的反應物前體的壓縮粒料位于其中; -步驟!Be顯示了將鐵基合金澆鑄到模具中; -圖3f顯示了由澆鑄獲得的分級復合物; -圖3g顯示了具有高濃度TiC微米級顆粒(球粒)的區(qū)域的放大圖,該示意圖描述了與圖4中相同的區(qū)域; -圖池顯示了在具有高濃度TiC球粒的相同區(qū)域中的放大圖。微米級球粒單個地被澆鑄金屬包圍。
圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的宏觀-微觀結(jié)構(gòu)的拋光、非蝕刻表面的雙目視圖,該結(jié)構(gòu)具有富集微米級球狀碳化鈦(TiC球粒)的毫米級區(qū)域(淺灰色)。顏色是顛倒的陰影部分顯示填充富集微米級球狀碳化鈦的這些區(qū)域之間的空間以及球粒本身之間的空間的金屬基質(zhì)(鋼或鑄鐵)(參見圖5和6)。
圖5和6顯示了在不同放大倍率下在拋光和非蝕刻表面上微米級球狀碳化鈦的視圖(用SEM電子顯微鏡拍攝)??梢钥吹?,在此特定情況下,大部分碳化鈦球粒具有小于 IOym的尺寸。
圖7和8顯示了在不同放大倍率下球狀碳化鈦的視圖(用SEM電子顯微鏡拍攝), 但是這次是在斷裂表面上??梢钥吹剑撎蓟伹蛄M昝赖丶{入金屬基質(zhì)中。這證明,在澆鑄過程中一旦引發(fā)鈦和碳之間的化學反應,澆鑄金屬就完全滲透(滲漬)這些孔隙。
圖9和10是根據(jù)本發(fā)明的增強部件中Ti以及狗的分析圖。涉及從顯示于圖7 中的斷裂表面,通過EDX分析的Ti和狗分布的“作圖”(用電子顯微鏡拍攝)。圖9中的淺色斑點表示Ti,圖10中的淺色斑點表示狗(因此孔隙被澆鑄金屬填充)。
圖11以高放大倍率顯示了斷裂表面(用SEM電子顯微鏡拍攝),其具有在總體不含碳化鈦球粒的區(qū)域中通過析出形成的角狀碳化鈦。
圖12以高放大倍率顯示具有氣泡的斷裂表面(用SEM電子顯微鏡拍攝)??偸窃噲D最大程度地限制這種缺陷。
圖13顯示了在具有豎直軸的破碎機中的砧的布置,其用于進行包含由大體積嵌入物所增強的區(qū)域的磨損部件與包含由本發(fā)明的宏觀-微觀結(jié)構(gòu)所增強的區(qū)域的部件之間的比較測試。
圖14顯示了說明根據(jù)本發(fā)明的宏觀-微觀結(jié)構(gòu)(其已經(jīng)在圖3中部分地說明)的簡圖。
圖例 1.富集碳化鈦的微米級球狀顆粒(球粒)的毫米級區(qū)域 2.填充有總體不含碳化鈦的微米級球狀顆粒的澆鑄合金的毫米級間隙 3.同樣被澆鑄合金滲透的TiC球粒之間的微米級間隙 4.在富集碳化鈦的區(qū)域中的微米級球狀碳化鈦 5.在總體不含碳化鈦的微米級球狀顆粒的間隙中析出的角狀碳化鈦 6.氣體缺陷 7.砧 8. Ti與C粉末的混合機 9.料斗 10輥 11破碎機 12出口柵格 13篩 14向料斗中回收過細顆粒 15砂模 16容納Ti/c混合物的壓實粒料的隔離物 17澆鑄澆包 18分級復合物(示意性的) 本發(fā)明的具體描述 在材料科學中,SHS反應或“自蔓延高溫合成”是一種自蔓延的高溫合成,其中達到通常高于1,500°C或甚至2,000°C的反應溫度。例如,在鈦粉末與碳粉末之間的反應(為獲得碳化鈦TiC)是強放熱的。對于局部引發(fā)該反應僅需要極少量能量。隨后,該反應將通過所達到的高溫自發(fā)地蔓延至全部的反應物混合物。在引發(fā)該反應后,反應前沿擴展,因而其自發(fā)蔓延(自蔓延),且其允許由鈦和碳獲得碳化鈦。由此獲得的碳化鈦被稱為“原位獲得的”,因為其并非源于澆鑄的鐵基合金。
反應物粉末的混合物包含碳粉末與鈦粉末,并將其壓縮成片,隨后破碎以獲得粒料,其尺寸為1至12毫米不等,優(yōu)選為1至6毫米不等,更優(yōu)選為1. 4至4毫米不等。這些粒料并非100%壓實的。通常將它們壓制到理論密度的55至95%。這些粒料允許容易的使用/處理(參見圖3a-3h)。
根據(jù)圖3a_3h的圖示獲得的混合的碳與鈦粉末的這些毫米級粒料形成要產(chǎn)生的碳化鈦的前體,并允許容易地填充具有不同或不規(guī)則形狀的模具部分。這些粒料例如可以通過隔離物16保持在模具15中的適當位置。這些粒料的成型或組裝也可用粘合劑來實現(xiàn)。
本發(fā)明的分級復合材料,以及特別是宏觀-微觀結(jié)構(gòu)(還可將其稱作富集碳化鈦的球狀微米級顆粒的區(qū)域的交替結(jié)構(gòu),所述區(qū)域被幾乎不含它們的區(qū)域所分隔)是通過含有碳與鈦粉末的混合物的粒料在模具15中的反應獲得的。通過用于澆鑄整個部件并由此澆鑄非增強部分與增強部分的鑄鐵或鋼的澆鑄熱來引發(fā)該反應(參見圖!Be)。因此,澆鑄引發(fā)了壓實成粒料并預先放置在模具15中的碳與鈦粉末混合物的放熱自蔓延高溫合成(自蔓延高溫合成-SHQ。反應一旦被引發(fā)就具有持續(xù)蔓延的特性。
該高溫合成(SiB)允許所有毫米級和微米級間隙容易地被鑄鐵或鑄鋼滲透(參見圖3g和;Bh)。通過提高可潤濕性,可以在任何增強體厚度中實現(xiàn)該滲透。在SHS反應和用外面的澆鑄金屬滲透后,其有利地允許在產(chǎn)生具有高濃度的碳化鈦的微米級球狀顆粒(還可將稱為球粒的團簇)的區(qū)域,所述區(qū)域具有約一毫米或幾毫米的尺寸,并且其與基本不含球狀碳化鈦的區(qū)域交替。實際上,具有低碳化物濃度的區(qū)域表示用澆鑄金屬滲透的粒料之間的毫米級空間或間隙2。我們把該超結(jié)構(gòu)稱為增強體的宏觀-微觀結(jié)構(gòu)。
一旦這些TiC粒料前體已按照SHS反應進行反應,這些粒料位于其中的區(qū)域就表現(xiàn)出TiC碳化物的微米級球狀顆粒4 (球體)的集中分散,其微米級間隙3也已經(jīng)被澆鑄金屬(這里是鑄鐵或鋼)滲透。著重注意,毫米級與微米級間隙被與形成分級復合材料的非增強部分的金屬基質(zhì)相同的金屬基質(zhì)滲透,這允許完全自由地選擇鑄造金屬。在最終獲得的分級復合材料中,具有高濃度碳化鈦的增強體區(qū)域由顯著百分比(約35至約75體積% ) 的微米級球狀TiC顆粒與滲透鐵基合金組成。
微米級球狀顆粒是指整體上類球形的顆粒,其具有1微米至最多幾十微米的尺寸。這些顆粒的大部分具有小于50微米、甚至小于20微米或甚至約10微米的尺寸。該球狀形狀是用于通過自蔓延合成SHS獲得碳化鈦的方法的特性(參見圖6)。
根據(jù)本發(fā)明的增強結(jié)構(gòu)可以用光學或電子顯微鏡進行表征。從中目視地或在低放大倍率下,區(qū)分增強體的宏觀-微觀結(jié)構(gòu)。在高放大倍率下,在高碳化鈦濃度的區(qū)域中,在這些區(qū)域中區(qū)分具有約35至75%的體積百分比的球狀形狀的碳化鈦4,取決于來自這些區(qū)域的粒料的壓實水平(參見表格)。這些球狀TiC是微米級尺寸的(參見圖6)。
在具有高碳化鈦濃度的區(qū)域之間的間隙中,在某些情況下還觀察到通過析出形成的具有角狀形狀的低百分比的(<5體積%)TiC 5(參見圖11)。它們源自于小部分在SHS 反應過程中形成的球狀碳化物在金屬液體中的溶解。該角狀碳化物的尺度也是微米級的。 該角狀TiC碳化物的形成不是所希望的,而是該制造方法的后果。
在根據(jù)本發(fā)明的磨損部件中,TiC增強體的體積比例取決于三個因素 -存在于鈦與碳粉末的混合物粒料中的微米級孔隙, -存在于Ti+C粒料之間的毫米級間隙, -源自于從Ti+C形成TiC過程中的體積收縮的孔隙。
用于制造粒料的混合物(Ti+C類) 通過碳粉末和鈦粉末之間的反應會獲得碳化鈦。將這兩種粉末均勻地混合。通過將0. 50至0. 98摩爾的碳與1摩爾的鈦混合可以獲得碳化鈦,化學計量組成 Ti+0. 98C —TiCa98 是優(yōu)選的。
獲得粒料(Ti+C類) 獲得粒料的方法顯示在圖3a_3h中。通過如下方式獲得碳/鈦反應物的粒料在輥10之間壓實以獲得條帶,隨后將其在破碎機11中破碎。在由裝有槳葉的罐組成的混合器8中進行粉末的混合以促進均勻性。隨后使混合物通過加料斗9進入造粒設(shè)備。該機器包含兩個輥10,使材料通過這兩個輥。在這些輥10上施加壓力,這允許壓縮材料。在出口處獲得壓縮材料的條帶,隨后將其破碎以獲得粒料。隨后在篩13中將這些粒料篩分至所需晶粒尺寸。一個重要的參數(shù)是施加在輥上的壓力。該壓力越高,條帶將被壓縮得越多,由此粒料也將被壓縮得更多。該條帶的密度以及由此粒料的密度可以為理論密度的55至95% 不等,對于鈦與碳的化學計量混合物而言該理論密度為3. 75克/厘米3。表觀密度(考慮到多孔性)由此為2. 06至3. 56克/厘米3。
該條帶的壓實水平取決于在輥(直徑200毫米,寬30毫米)上施加的壓力(以帕計)。對約IO6帕的低壓實水平而言,獲得約為理論密度的55%的條帶密度。在通過輥10 以壓縮該材料后,粒料的表觀密度為3. 75X0. 55,即2. 06克/厘米3。
對約25. IO6帕的高壓實水平而言,獲得為理論密度的90%的條帶密度,即3. 38克 /厘米3的表觀密度。實際上,可達到最高為理論密度的95%。
因此,由原材料Ti+C獲得的粒料是多孔的。該孔隙率為非常高度壓縮的粒料的 5%至略微壓縮的粒料的45%不等。
除了壓實水平外,還可在破碎條帶并篩分Ti+C粒料的操作過程中調(diào)節(jié)粒料的晶粒尺寸分布以及它們的形狀。任選地回收非所需的晶粒尺寸部分(參見圖: )。獲得的粒料整體上具有1至12毫米、優(yōu)選1至6毫米且更優(yōu)選1. 4至4毫米的尺寸。
在本發(fā)明的分級復合物中制造增強體區(qū)域 以如上所述的方式制造粒料。為了獲得具有稱為分級復合物的這些粒料的三維結(jié)構(gòu)或超結(jié)構(gòu)/宏觀-微觀結(jié)構(gòu),將它們設(shè)置在模具的需要增強部位的區(qū)域中。這可以通過粘合劑,或通過將粒料限制在容器中或通過任何其它手段(隔離物16)使粒料團聚來實現(xiàn)。
根據(jù)ISO 697標準測量Ti+C粒料的堆積體的堆密度,該堆密度取決于條帶的壓實水平,取決于粒料的晶粒尺寸分布和取決于破碎條帶的方法(這影響該粒料的形狀)。這些Ti+C粒料的堆密度通常為約0. 9克/厘米3至2. 5克/厘米3,取決于這些粒料的壓實水平,并取決于該堆積體的密度。
在反應前,因此存在由鈦粉末和碳粉末的混合物組成的多孔粒料的堆積體。
在反應Ti+C — TiC的過程中,在由反應物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品時,發(fā)生約的體積收縮 (源自于反應物與產(chǎn)品之間密度差值的收縮)。因此,Ti+C混合物的理論密度為3.75克/ 厘米3,且TiC的理論密度為4. 93克/厘米3。在最終產(chǎn)品中,在獲得TiC的反應后,澆鑄金屬將滲透 一存在于具有高碳化鈦濃度的空間中的微觀孔隙,取決于這些粒料的起始壓實水平; 一在具有高碳化鈦濃度的區(qū)域之間的毫米級空間,取決于粒料的起始堆積體(堆密度); 一源自Ti+C之間反應(用于獲得TiC)過程中的體積收縮的孔隙。 實施例 在下面的實施例中,使用下列原材料 一鈦 H. C. STARCK,Amperit 155. 066,小于 200 目, 一石墨碳 GK Kropfmuhl,UF4,> 99. 5%,小于 15 微米, 一佝,為HSS M2鋼形式,小于25微米, 一比例 —Ti+C100 克 Ti-24. 5 克 C — Ti+C+Fe 100 克 Ti_24. 5 克 C-35. 2 克 Fe 在氬氣下,在Lindor混合機中混合15分鐘。
用Sahut-Conreur造粒機進行造粒。
對于Ti+C+Fe和Ti+C混合物,通過如下方式獲得粒料的密實度
權(quán)利要求
1.分級復合材料,其包含按照規(guī)定的幾何形狀用碳化鈦增強的鐵基合金,其中所述增強部分包含富集碳化鈦的微米級球狀顆粒的毫米級區(qū)域(1)的交替性宏觀-微觀結(jié)構(gòu),所述區(qū)域被基本不含碳化鈦的微米級球狀顆粒(4)的毫米級區(qū)域( 分隔,所述富集碳化鈦的微米級球狀顆粒(4)的區(qū)域形成其中所述球狀顆粒(4)之間的微米級間隙( 也被所述鐵基合金填充的微觀結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的復合材料,其中富集的所述毫米級區(qū)域具有大于36.9體積%的碳化鈦⑷濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的復合材料,其中所述增強部分具有16.6至50. 5體積%的總碳化鈦含量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的復合材料,其中碳化鈦的微米級球狀顆粒(4)具有小于50μ m 的尺寸。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的復合材料,其中碳化鈦的微米級球狀顆粒的主要部分具有小于20 μ m的尺寸。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的復合材料,其中所述富集碳化鈦球狀顆粒的區(qū)域(1)包含36. 9至72. 2體積%的碳化鈦。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的復合材料,其中所述富集碳化鈦的毫米級區(qū)域(1)具有 1至12mm不等的尺度。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的復合材料,其中所述富集碳化鈦的毫米級區(qū)域(1)具有 1至6mm不等的尺度。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的復合材料,其中所述富集碳化鈦的區(qū)域(1)具有1.4至 4mm不等的尺度。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的復合材料,其中所述復合物是磨損部件。
11.通過澆鑄來制造根據(jù)前述權(quán)利要求1至10任一項的分級復合材料的方法,包括下列步驟-提供模具,其包含具有預定增強體幾何形狀的分級復合材料的模腔; -以碳化鈦的毫米級粒料前體形式將包含碳和鈦的壓實粉末混合物引入旨在形成增強部分的模腔部分中;-將鐵基合金澆鑄到該模具中,所述澆鑄的熱在所述前體粒料中引發(fā)碳化鈦的放熱自蔓延高溫合成(SHS);-在分級復合材料的增強部分中,在所述前體粒料的位置處,形成富集碳化鈦的微米級球狀顆粒(4)的毫米級區(qū)域(1)的交替性宏觀-微觀結(jié)構(gòu),所述區(qū)域被基本不含碳化鈦的微米級球狀顆粒的毫米級區(qū)域( 彼此分隔,所述球狀顆粒(4)還在富集碳化鈦的所述毫米級區(qū)域(1)中被微米級間隙(3)分隔;-在形成微觀的碳化鈦的球狀顆粒(4)之后,通過所述高溫澆鑄鐵基合金滲透毫米級 (2)和微米級(3)的間隙。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的制造方法,其中鈦與碳的壓實粉末混合物包含鐵基合金的粉末。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的制造方法,其中所述碳是石墨。
14.分級復合材料,其是根據(jù)權(quán)利要求11至13任一項的方法獲得的。
15.工具或機器,其包含根據(jù)權(quán)利要求1至10任一項或根據(jù)權(quán)利要求14的分級復合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了包含按照規(guī)定的幾何形狀用碳化鈦增強的鐵基合金的分級復合材料,其中所述增強的部分包含富集碳化鈦的微米級球狀顆粒的毫米級區(qū)域的交替性宏觀-微觀結(jié)構(gòu),所述區(qū)域被基本不含碳化鈦的微米級球狀顆粒的毫米級區(qū)域分隔,所述富集碳化鈦的微米級球狀顆粒的區(qū)域形成其中所述球狀顆粒的微米級間隙也被所述鐵基合金填充的微觀結(jié)構(gòu)。
文檔編號C22C1/05GK102187002SQ200980137113
公開日2011年9月14日 申請日期2009年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者F·韋謝拉 申請人:馬格托國際股份有限公司