專利名稱：不銹鋼－TiC納米復合粉料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于納米復合材料粉末技術領域，特別是涉及一種不銹鋼-陶瓷納米復合材料及其制備方法。
背景技術：
不銹鋼是一大類高技術特殊鋼種，其生產工藝可以采用軋制和粉末冶金方法來生產。不銹鋼材料具有許多特殊的性能如耐腐蝕、耐磨損、高壽命、耐氧化等，在國民經濟中占有重要地位。細化晶粒是提高材料性能的重要方法之一[1、2、3]，同時，利用第二相顆粒強化方法也可以有效提高材料的機械強度。TiC陶瓷是非常穩(wěn)定的間隙型化合物，具有高熔點、高硬度、高楊氏模量、高化學穩(wěn)定性、耐磨和耐腐蝕性，同時具有良好的導電和導熱性能。有關TiC增強不銹鋼的研究文獻已有報道，主要采用鑄造和粉末冶金工藝，獲得的復合材料晶粒較大，還未達到納米級[4]。
目前還未見有關兼具有316不銹鋼和TiC陶瓷優(yōu)良性能的納米復合材料粉的報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種不銹鋼-TiC納米復合粉料及其制備方法，該方法得到的復合粉料具有耐腐蝕性好、耐磨損性好、高楊氏模量、高化學穩(wěn)定性的特點，該方法工藝簡單。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是不銹鋼-TiC納米復合粉料，其特征在于它由316不銹鋼粉末、Ti粉和C粉原料混合球磨而成，各原料所占質量百分比為316不銹鋼粉末70-90wt％，Ti粉和C粉10-30wt％；其中Ti粉、C粉所占Ti粉和C粉的質量百分比為Ti粉80wt％、C粉20wt％，Ti粉、C粉的平均粒度小于74um，純度＞99％。
上述不銹鋼-TiC納米復合粉料的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1)、以316不銹鋼粉末、Ti粉和C粉為原料，按照316不銹鋼粉末與Ti粉和C粉的質量百分比為316不銹鋼粉末70-90wt％，Ti粉和C粉10-30wt％配料；其中Ti粉、C粉所占Ti粉和C粉的質量百分比為Ti粉80wt％、C粉20wt％，Ti粉、C粉的平均粒度小于74um，純度＞99％；2)、配料后的原料混合均勻后，采用行星式球磨機進行高能球磨處理；球磨處理條件為真空度小于或等于100帕，球料的質量比為20-35∶1，選用不銹鋼球為球磨介質，直徑ф6mm，球磨機轉速250-350r/min，球磨時間為60-80小時；球磨后得不銹鋼-TiC納米復合粉料。
所述的316不銹鋼的化學成分(質量分數(shù)，％)為C 0.15，Si 0.7，Mn 0.2，Ni 13.1，Mo 2.3，Cr 17.9，O 0.2，余為Fe。
本發(fā)明的有益效果是1、在本發(fā)明中TiC為陶瓷增強體(在球磨過程中，Ti粉和C粉發(fā)生原位反應形成TiC)。TiC陶瓷是非常穩(wěn)定的間隙型化合物，具有高熔點、高硬度、高楊氏模量、高化學穩(wěn)定性、耐磨和耐腐蝕性，添加到不銹鋼中提高不銹鋼綜合性能，但太低的TiC添加量(小于10wt％)，效果不明顯，添加太多TiC(大于30wt％)，會增加不銹鋼的脆性。因此，選擇TiC的添加量在10-30wt％。該方法得到的復合粉料與316不銹鋼粉末相比，耐腐蝕性、耐磨損性、楊氏模量、化學穩(wěn)定性得到了顯著提高。
2、采用由316不銹鋼粉末、Ti粉和C粉原料混合球磨，在球磨過程中，Ti粉和C粉發(fā)生原位反應形成TiC(反應后TiC在復合材料中的質量百分比為10-30wt％)；利用TiC與不銹鋼之間具有較好的化學相容性，采用本發(fā)明的高能球磨技術(即本發(fā)明的球磨工藝條件)獲得了納米級的不銹鋼-TiC復合粉料(該粉末粒度經x射線檢測可達到80-120納米)；不銹鋼-TiC復合粉料為納米級時，該復合粉料的機械性能和耐磨性能得到了顯著提高。
3、本發(fā)明采用混合球磨而成，本發(fā)明的工藝簡單，容易實現(xiàn)。
4、利用本發(fā)明制成的不銹鋼-TiC納米復合粉料經成型和高溫燒結后可得到細晶粒粉末冶金復合材料，該材料具有耐腐蝕、耐磨損，高楊氏模量、高化學穩(wěn)定性，使用壽命長的特點；該材料可制造各種高性能的汽車零件等。
具體實施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結合實施例進一步闡明本發(fā)明的內容，但本發(fā)明的內容不僅僅局限于下面的實施例。
實施例1以316不銹鋼粉、Ti粉和C粉為原料，Ti粉、C粉的平均粒度小于74um，Ti粉、C粉的純度＞99％，316不銹鋼粉末的平均粒度小于34um。按照316不銹鋼粉末與Ti粉和C粉的質量百分比為316不銹鋼粉末90wt％，Ti粉和C粉10wt％配料混合(在球磨過程中，Ti粉和C粉發(fā)生原位反應形成TiC，即TiC的質量百分比為10wt％)；其中Ti粉、C粉所占Ti粉和C粉的質量百分比為Ti粉80wt％、C粉20wt％。混合后，采用南京大學制造的QM-SB行星式球磨機進行高能球磨處理，選用不銹鋼球為球磨介質，直徑ф6mm；球料比為20∶1(質量比)，轉速250r(轉)/min(分鐘)，球磨方式為干法球磨，球磨氣氛為真空(真空度不高于100帕)；球磨60小時后，粉末經x射線檢測可得到粒度為120納米的不銹鋼-TiC復合粉末。
實施例2以316不銹鋼粉、Ti粉和C粉為原料，Ti粉、C粉的均粒度小于74um，純度＞99％，316不銹鋼粉末的均粒度小于34um。按照316不銹鋼粉末與Ti粉和C粉的質量百分比為316不銹鋼粉末80wt％，Ti粉和C粉20wt％配料混合(在球磨過程中，Ti粉和C粉發(fā)生原位反應形成TiC)；其中Ti粉、C粉所占Ti粉和C粉的質量百分比為Ti粉80wt％、C粉20wt％?；旌虾?，采用南京大學制造的QM-SB行星式球磨機進行高能球磨處理，選用不銹鋼球為球磨介質，直徑ф6mm；球料比為30∶1(質量比)，轉速300轉/分鐘，球磨方式為干法球磨，球磨氣氛為真空(真空度不高于100帕)；球磨70小時后，粉末經x射線檢測可得到粒度為100納米的不銹鋼-TiC復合粉末。
實施例3
以316不銹鋼粉、Ti粉和C粉為原料，Ti粉和C粉的均粒度小于74um，純度＞99％，316不銹鋼粉末的均粒度小于34um。按照316不銹鋼粉末與Ti粉和C粉的質量百分比為316不銹鋼粉末70wt％，Ti粉和C粉30wt％配料混合(在球磨過程中，Ti粉和C粉發(fā)生原位反應形成TiC)；其中Ti粉、C粉所占Ti粉和C粉的質量百分比為Ti粉80wt％、C粉20wt％?；旌虾?，采用南京大學制造的QM-SB行星式球磨機進行高能球磨處理，選用不銹鋼球為球磨介質，直徑ф6mm；球料比為35∶1(質量比)，轉速350轉/分鐘，球磨方式為干法球磨，球磨氣氛為真空(真空度不高于100帕)；球磨80小時后，粉末經x射線檢測可得到粒度為80納米的不銹鋼-TiC復合粉末。
參考文獻[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. 楊元政，楊柳靜.機械合金化非晶合金及納米合金的形成[J].材料研究學報，1995，9(1)33-39. 張亞萍，等.球磨環(huán)境對機械合金化合成納米TiC的影響[J].石油大學學報，2005，2(29)23-26. 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.
權利要求
1.不銹鋼-TiC納米復合粉料，其特征在于它由316不銹鋼粉末、Ti粉和C粉原料混合球磨而成，各原料所占質量百分比為316不銹鋼粉末70-90wt％，Ti粉和C粉10-30wt％；其中Ti粉、C粉所占Ti粉和C粉的質量百分比為Ti粉80wt％、C粉20wt％，Ti粉、C粉的平均粒度小于74um，純度＞99％。
2.根據(jù)權利要求1所述的不銹鋼-TiC納米復合粉料，其特征在于所述的316不銹鋼的化學成分(質量分數(shù)，％)為C 0.15，Si 0.7，Mn 0.2，Ni 13.1，Mo 2.3，Cr 17.9，O0.2，余為Fe。
3.如權利要求1所述的不銹鋼-TiC納米復合粉料的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1)、以316不銹鋼粉末、Ti粉和C粉為原料，按照316不銹鋼粉末與Ti粉和C粉的質量百分比為316不銹鋼粉末70-90wt％，Ti粉和C粉10-30wt％配料；其中Ti粉、C粉所占Ti粉和C粉的質量百分比為Ti粉80wt％、C粉20wt％，Ti粉、C粉的平均粒度小于74um，純度＞99％；2)、配料后的原料混合均勻后，采用行星式球磨機進行高能球磨處理；球磨處理條件為真空度小于或等于100帕，球料的質量比為20-35∶1，選用不銹鋼球為球磨介質，直徑φ6mm，球磨機轉速250-350r/min，球磨時間為60-80小時；球磨后得不銹鋼-TiC納米復合粉料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種不銹鋼－陶瓷納米復合材料。不銹鋼－TiC納米復合粉料，其特征在于它由316不銹鋼粉末、Ti粉和C粉原料混合球磨而成，各原料所占質量百分比為316不銹鋼粉末70－90wt％，Ti粉和C粉10－30wt％；其中Ti粉、C粉所占Ti粉和C粉的質量百分比為Ti粉80wt％、C粉20wt％，Ti粉、C粉的平均粒度小于74um，純度＞99％。該方法得到的復合粉料具有耐腐蝕性好、耐磨損性好、高楊氏模量、高化學穩(wěn)定性、使用壽命長的特點，該方法工藝簡單。利用本發(fā)明制成的粉末經成型和高溫燒結后可得到細晶粒粉末冶金復合材料，具有耐腐蝕、耐磨損，高楊氏模量、高化學穩(wěn)定性，使用壽命長的特點。
文檔編號B22F9/02GK101037731SQ200710051979
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月26日 優(yōu)先權日2007年4月26日
發(fā)明者陳文怡, 周健 申請人:武漢理工大學