本發(fā)明涉及復(fù)合工程材料，具體而言，涉及一種高硬度高耐磨金屬基陶瓷顆粒原位增強復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、陶瓷顆粒增強金屬基復(fù)合材料是一種新型工程材料，作為現(xiàn)代材料科學(xué)領(lǐng)域的重要突破，正以其卓越的綜合性能在多個工程材料領(lǐng)域展現(xiàn)出其特有前景。這類創(chuàng)新材料通過將高硬度、高熔點的陶瓷顆粒均勻分散于金屬基體中，使此類材料具備了“強度-韌性協(xié)同提升”等傳統(tǒng)金屬材料難以企及的的性能優(yōu)勢。其獨特的性能優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：在保持金屬基體良好塑性和導(dǎo)熱性的基礎(chǔ)上，陶瓷相的引入使復(fù)合材料硬度和耐磨性能顯著提升。這種性能的優(yōu)化使得此類材料適用于航空航天和汽車工業(yè)等高摩擦、高溫的嚴(yán)苛工況下的關(guān)鍵部件，也可將其應(yīng)用于電子封裝、能源與軌道交通等行業(yè)的部件中。
2、傳統(tǒng)的熔煉方法制備金屬基陶瓷復(fù)合材料，由于金屬和陶瓷的熔點差異，使得陶瓷相在金屬基體中容易團(tuán)聚、分布不均勻，導(dǎo)致復(fù)合材料中形成較大的缺陷；熔融滲透方法制備金屬基陶瓷復(fù)合材料，熔融金屬在滲透過程中無法均勻填充多孔預(yù)制體，導(dǎo)致局部區(qū)域密度不足或存在孔隙，不均勻的滲透會降低材料的致密性和力學(xué)性能，特別是在復(fù)雜形狀的零件中；摩擦攪拌加工方法是將交聯(lián)物填充進(jìn)金屬基體的凹槽中，然后進(jìn)行摩擦攪拌處理，這種方法僅能加工樣品的表面區(qū)域，無法進(jìn)行樣品的整體加工。有機物-金屬粉末交聯(lián)混合體的原位陶瓷化有利于金屬顆粒與陶瓷復(fù)合材料的均勻混合，并通過高壓扭轉(zhuǎn)制備復(fù)合材料制備方法，但這種方法只能做較小件，無法實現(xiàn)較大工件的制備。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：
2、現(xiàn)有方法由于金屬和陶瓷熔點差異較大導(dǎo)致陶瓷相易團(tuán)聚、分布不均，且往往僅能制備較小樣品。
3、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：
4、本發(fā)明提供了一種高硬度高耐磨金屬基陶瓷顆粒原位增強復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
5、步驟1.混料：將金屬粉末、聚硅氧烷和交聯(lián)催化劑混合，得到混合物；
6、步驟2.交聯(lián)：靜置交聯(lián)，得到金屬混合交聯(lián)物；
7、步驟3.熱解：將金屬混合交聯(lián)物進(jìn)行熱解處理，得到高度交聯(lián)物；
8、步驟4.熱壓燒結(jié)：將高度交聯(lián)物進(jìn)行熱壓燒結(jié)成型，形成壓片；
9、步驟5.熱軋：將壓片進(jìn)行高溫?zé)彳堊冃翁幚恚?/p>
10、步驟6.熱處理：將熱軋后的復(fù)合材料進(jìn)行熱處理，使其中的交聯(lián)物充分陶瓷化，得到所述金屬基陶瓷顆粒原位增強復(fù)合材料。
11、進(jìn)一步地，步驟1中所述聚硅氧烷選自聚甲基氫硅氧烷，所述交聯(lián)催化劑選自三乙烯二胺。
12、進(jìn)一步地，步驟1中所述金屬粉末為銅粉。
13、進(jìn)一步地，步驟2中將混合物靜置交聯(lián)的溫度為40～60℃，時間為36h～48h。
14、進(jìn)一步地，步驟3中將金屬混合交聯(lián)物進(jìn)行熱解處理，具體為：在氬氣氣氛下，在溫度為350～660℃下，對金屬混合交聯(lián)物熱解處理2h。
15、進(jìn)一步地，步驟4中將高度交聯(lián)物進(jìn)行熱壓燒結(jié)成型的溫度為500～660℃，壓強為不低于30mpa。
16、進(jìn)一步地，步驟5中將壓片進(jìn)行熱軋變形處理的溫度為850～1000℃。
17、進(jìn)一步地，步驟6中將熱軋后的復(fù)合材料進(jìn)行熱處理的溫度為850～1000℃，時間為2h。
18、進(jìn)一步地，銅粉、聚甲基氫硅氧烷與三乙烯二胺的質(zhì)量比為：(90-98)∶(1.9-9.5)∶(0.1-0.5)。
19、本發(fā)明提供一種高硬度高耐磨金屬基陶瓷顆粒原位增強復(fù)合材料，所述復(fù)合材料是由上述技術(shù)方案任一項所述方法制備得到的。
20、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：
21、本發(fā)明在金屬粉末中加入交聯(lián)聚合物，通過原位陶瓷化制備具有陶瓷相分散均勻、陶瓷顆粒達(dá)亞微米級、界面結(jié)合強度高的復(fù)合材料。本發(fā)明通過熱解使未交聯(lián)聚合物揮發(fā)以提高陶瓷轉(zhuǎn)化率減少雜質(zhì)，原位生成陶瓷增強相，通過熱壓燒結(jié)使粉末混合物成型，通過熱軋使交聯(lián)聚合物在金屬基體中均勻分散且去除孔隙，并使金屬基體實現(xiàn)大塑性變形從而細(xì)化晶粒，有效減少材料內(nèi)部缺陷；通過熱處理使交聯(lián)聚合物原位轉(zhuǎn)化為陶瓷，并去除變形所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。本方法在保持材料良好延展性的同時，顯著提升了金屬基體的硬度和耐磨性，適用于電子封裝、摩擦材料等特種功能材料領(lǐng)域。
22、本發(fā)明的生產(chǎn)方法簡單易行，無材料相容性要求和特殊設(shè)備需求，能夠依靠傳統(tǒng)的生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)，所需原材料成本低廉，工藝過程無毒害、綠色環(huán)保，可作用于制備各向同性的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件，各組成元素均可回收利用，符合循環(huán)經(jīng)濟的理念。
23、本發(fā)明通過合理控制各工藝參數(shù)，最終獲得的高硬度高耐磨的復(fù)合材料，為機械制造提供更高效、更經(jīng)濟的材料解決方案。不僅有助于推動機械行業(yè)的發(fā)展，也為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步提供了新的思路和方法。
1.一種高硬度高耐磨金屬基陶瓷顆粒原位增強復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硬度高耐磨金屬基陶瓷顆粒原位增強復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟1中所述聚硅氧烷選自聚甲基氫硅氧烷，所述交聯(lián)催化劑選自三乙烯二胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硬度高耐磨金屬基陶瓷顆粒原位增強復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟1中所述金屬粉末為銅粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高硬度高耐磨金屬基陶瓷顆粒原位增強復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟2中將混合物靜置交聯(lián)的溫度為40～60℃，時間為36h～48h。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高硬度高耐磨金屬基陶瓷顆粒原位增強復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟3中將金屬混合交聯(lián)物進(jìn)行熱解處理，具體為：在氬氣氣氛下，在溫度為350～660℃下，對金屬混合交聯(lián)物熱解處理2h。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高硬度高耐磨金屬基陶瓷顆粒原位增強復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟4中將高度交聯(lián)物進(jìn)行熱壓燒結(jié)成型的溫度為500～660℃，壓強為不低于30mpa。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高硬度高耐磨金屬基陶瓷顆粒原位增強復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟5中將壓片進(jìn)行熱軋變形處理的溫度為850～1000℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高硬度高耐磨金屬基陶瓷顆粒原位增強復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟6中將熱軋后的復(fù)合材料進(jìn)行熱處理的溫度為850～1000℃，時間為2h。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高硬度高耐磨金屬基陶瓷顆粒原位增強復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，銅粉、聚甲基氫硅氧烷與三乙烯二胺的質(zhì)量比為：(90-98)：(1.9-9.5)：(0.1-0.5)。
10.一種高硬度高耐磨金屬基陶瓷顆粒原位增強復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料是由權(quán)利要求1-9任一項所述方法制備得到的。