一种碳化硅颗粒增强316L不锈钢基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳化硅颗粒增强316L不锈钢基复合材料及其制备方法，所述碳化硅增强316L不锈钢基复合材料包括316L不锈钢基体和均匀分布于316L不锈钢基体中的碳化硅颗粒，所述碳化硅颗粒的体积分数为2～30%。本发明专利技术将原料粉体配制为浆料并以KD‑1聚酯聚胺复合分散剂进行球磨，使得碳化硅颗粒与金属粉体充分混合，避免团聚的出现，并使得球磨后的粉体具有更大的比表面积，利于后期的烧结致密；且进行热压烧结，由此可以得到具有高致密度、高强度的碳化硅颗粒增强不锈钢基复合材料。本发明专利技术制备方法过程简单，制备周期短，材料致密度高、强度高。

Silicon carbide particle reinforced 316L stainless steel matrix composite material and preparation method thereof

The invention relates to a silicon carbide particle reinforced 316L stainless steel base composite material and a preparation method thereof, wherein the silicon carbide reinforced 316L stainless steel composites including 316L stainless steel and 316L stainless steel SiC particles uniformly dispersed in the matrix, the volume fraction of SiC particles is 2 ~ 30%. The invention of raw powder preparation for slurry with KD 1 polyester polyamine compound dispersant for ball milling, makes SiC particles and metal powder mixing, avoid agglomeration, and makes the powder after ball milling has a larger surface area, conducive to the densification of the latter; and hot pressing sintering. We can get reinforced stainless steel based composites with SiC particles of high density and high strength. The preparation method has the advantages of simple process, short preparation cycle, high material density and high strength.

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅颗粒增强316L不锈钢基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种碳化硅颗粒增强316L不锈钢基复合材料及其制备方法，属于金属基复合材料领域。
技术介绍
颗粒增强复合材料由于其增强相成本低、微观结构均匀、材料性能各向同性、可以采用传统的金属加工工艺进行加工，因此引起了人们的广泛关注。316L不锈钢由于具有无磁性、良好的焊接性能及抗蚀性能，在机械、化工、石油、轻工，特别是海洋工程等领域得到广泛使用。然而316L不锈钢属于奥氏体不锈钢，由于本身是固溶体，而且含碳量较低，碳等元素都被固溶在晶格里，冷却时不发生相变，不能通过常用的热处理方式提高其强度和硬度，因而普通的316L不锈钢强度和硬度都较低，在某些高强度工作条件下往往容易发生破坏，使其在承受较重负荷及对强度有较高要求的设备和部件上的使用受到限制。SiC有很高的化学稳定性、高硬度、高热导率、低热胀系数，因此具有抗磨、耐高温、耐热震、耐腐蚀等优良性能，被广泛应用于电子、信息、精密加工技术、军工、航空航天、高级耐火材料、特种陶瓷材料、高级磨削材料和和增强材料等领域。专利CN200710017410.7公开了一种定向排列的陶瓷晶须或纤维增强不锈钢基材料的制备方法，利用流延成型的方法制得含有陶瓷晶须或纤维的不锈钢未凝固生片，再利用磁场诱导定向排列方法或电场定向排列方法实现增强体在集体中的二维定向排列后经烘干、叠层和热合工艺制备得到三维定向排列的陶瓷晶须或纤维增强的不锈钢基复合材料。但是，其制备工艺复杂，还要对增强体进行化学镀或化学沉积等表面处理；另外，制备出的材料只是在垂直晶须或纤维的方向上性能得到提升，对于要求材料具有各向同性的力学性能的工程构件来说，其使用具有一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种更加简便的获得具有高致密度、高强度、拉伸性能优良的且各向同性的碳化硅颗粒增强316L不锈钢基复合材料及其制备方法。在此，一方面，本专利技术提供一种碳化硅颗粒增强316L不锈钢基复合材料，所述碳化硅增强316L不锈钢基复合材料包括316L不锈钢基体和均匀分布于316L不锈钢基体中的碳化硅颗粒，所述碳化硅颗粒的体积分数为2～30％。本专利技术将低密度、高刚度和高强度的碳化硅颗粒作为增强相颗粒引入到316L不锈钢基体中，在降低316L不锈钢材料密度的同时，提高其强度、弹性模量和硬度，而且还具有各向同性。本专利技术中，所述碳化硅颗粒增强316L不锈钢基复合材料具有各向同性且密度为6.78～7.61gcm-3，硬度为Hv200g250～900，抗拉强度为580～670Mpa，室温下干摩擦体积磨损量为20.56～51.47mm3，致密度达到95％以上。较佳地，所述碳化硅颗粒的粒径为1～20μm。较佳地，所述316L不锈钢基体为316L奥氏体不锈钢。另一方面，本专利技术还提供了一种碳化硅颗粒增强316L不锈钢基复合材料的制备方法，其特征在于，包括：(1)以SiC粉体、316L不锈钢粉体为原料，配成固含量为75～85wt％的浆料后，加入分散剂进行球磨混合；(2)将球磨混合后的浆料烘干，再研磨、过筛，将得到的粉体置于模具中在惰性气氛或真空条件下进行热压烧结，烧结温度为1050～1250℃，压力为25～50Mpa，优选为25～35Mpa，保温保压时间为1～2小时。较佳地，所述SiC粉体的晶型为α-SiC或β-SiC。较佳地，所述SiC粉体粒径为5～50μm。较佳地，所述316L不锈钢粉体的粒径为5～80μm。较佳地，所述球磨混合以WC球或/和SiC球为研磨球，所述SiC粉体和316L不锈钢粉体的总质量与所述研磨球的质量比为1：2；球磨混合的时间为5～24小时。较佳地，所述浆料的溶剂为无水乙醇。较佳地，所述分散剂为KD-1聚酯聚胺分散剂或硬脂酸，所述分散剂的质量为SiC粉体和316L不锈钢粉体的总质量的2～4wt％。较佳地，所述过筛为先用100目筛子过筛，再对粉体进行研磨，最后经200目过筛。较佳地，所述热压烧结的过程中温度从常温到300℃时不加压，从300℃到达所述烧结温度的升温过程中匀速加压至25～50Mpa。较佳地，所述模具为石墨模具。本专利技术将原料粉体配制为浆料并以KD-1聚酯聚胺复合分散剂进行球磨，使得碳化硅颗粒与金属粉体充分混合，避免团聚的出现，并使得球磨后的粉体具有更大的比表面积，利于后期的烧结致密；且进行热压烧结，由此可以得到具有高致密度、高强度的碳化硅颗粒增强不锈钢基复合材料。本专利技术制备方法过程简单，制备周期短，材料致密度高、强度高。附图说明图1为实施例2制备的碳化硅颗粒增强316L不锈钢基复合材料的实物照片；图2为实施例1所得2vol.％SiCp/316L不锈钢基复合材料微观结构；图3为实施例1所得2vol.％SiCp/316L不锈钢基复合材料拉伸断面形貌；图4为实施例1所得2vol.％SiCp/316L不锈钢基复合材料磨损表面形貌；图5为实施例2所得10vol.％SiCp/316L不锈钢基复合材料微观结构；图6为实施例2所得10vol.％SiCp/316L不锈钢基复合材料维氏硬度压痕；图7为实施例2所得10vol.％SiCp/316L不锈钢基复合材料断面形貌；图8为实施例3所得20vol.％SiCp/316L不锈钢基复合材料微观结构；图9为对比例所得未增强的316L不锈钢材料磨损表面形貌。具体实施方式以下下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术采用热压烧结法将碳化硅颗粒作为增强相颗粒引入到316L不锈钢基体中，得到碳化硅颗粒增强316L不锈钢基复合材料。碳化硅增强316L不锈钢基复合材料包括316L不锈钢基体和均匀分布于316L不锈钢基体中的碳化硅颗粒，所述碳化硅颗粒的体积分数为2～30％。所述材料的碳化硅体积分数控制可在烧结称量原料时进行调控。其中，以SiC粉体和316L不锈钢粉体的致密总体积为基准计，SiC粉体体积分数为2～30％，优选为2～20％，若小于2％，则SiC粉体对金属基体的增强效果不显著，若大于20％，则粒径较小的SiC粉体容易完全包覆金属颗粒使得烧结后金属基体不连续，易分层断裂。更优选地，以SiC粉体和316L不锈钢粉体的致密总体积为基准计，SiC粉体占10vol％，316L不锈钢粉体占90vol％。经热压烧结后得到的复合材料中，碳化硅颗粒的粒径为1～20μm。本专利技术提供的碳化硅颗粒增强316L不锈钢基复合材料具有各向同性且密度为6.78～7.61gcm-3，硬度为Hv200g250～900，抗拉强度为580～670Mpa，室温下干摩擦体积磨损量为20.56～51.47mm3，致密度达到95％以上。以下示例性地说明本专利技术提供的碳化硅颗粒增强316L不锈钢基复合材料的制备方法。本专利技术中，以SiC粉体、316L不锈钢粉体为原料，配成固含量为75～85wt％的浆料后，加入分散剂进行球磨混合。其中SiC粉体的晶型可选择为α-SiC或β-SiC。SiC粉体的粒径可为5～50μm。316L不锈钢粉体的粒径可为5～80μm，例如50μm左右。通过采用这样粒度的SiC粉体和316L不锈钢粉体(例如，316L不锈钢粉体)，可以使两者更易混合均匀。若SiC粉体和/或不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅颗粒增强316L不锈钢基复合材料，其特征在于，所述碳化硅增强316L不锈钢基复合材料包括316L不锈钢基体和均匀分布于316L不锈钢基体中的碳化硅颗粒，所述碳化硅颗粒的体积分数为2～30%。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅颗粒增强316L不锈钢基复合材料，其特征在于，所述碳化硅增强316L不锈钢基复合材料包括316L不锈钢基体和均匀分布于316L不锈钢基体中的碳化硅颗粒，所述碳化硅颗粒的体积分数为2～30%。2.根据权利要求1所述的碳化硅颗粒增强316L不锈钢基复合材料，其特征在于，所述316L不锈钢基体为316L奥氏体不锈钢。3.根据权利要求1或2所述的碳化硅颗粒增强316L不锈钢基复合材料，其特征在于，所述碳化硅颗粒的粒径为1～20μm。4.根据权利要求1-3中任一项所述的碳化硅颗粒增强316L不锈钢基复合材料，其特征在于，所述碳化硅增强316L不锈钢基复合材料的密度为6.78～7.61gcm-3，硬度为Hv200g250～900，抗拉强度为580～670Mpa，室温下干摩擦体积磨损量为20.56～51.47mm3，致密度为95%以上。5.一种如权利要求1-4中任一项所述碳化硅颗粒增强316L不锈钢基复合材料的制备方法，其特征在于，包括：（1）以SiC粉体、316L不锈钢粉体为原料，配成固含量为7...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄政仁，张方圆，袁明，黄毅华，姚秀敏，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31