专利名称：块体非晶Ni－Si－Cr材料及其制备方法
技术领域：
本发明叙述了一种块体非晶Ni-Si-Cr材料及其制备方法。
背景技术：
块体纳米材料具有非常优异的力学性能，但块体纳米材料的低成本制备存在困难。目前制备块体纳米材料的主要方法有纳米粉体的压力成型法、大变形法、电沉积和非晶晶化法，这些方法都存在高能耗、高成本和无法制备大尺寸材料的问题，这严重地影响了它的基础研究和工业应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种块体非晶Ni-Si-Cr材料及其制备方法。
一种块体非晶Ni-Si-Cr材料，其特征在于材料的质量百分含量组成为镍39.3～52.5，硅13.1～17.5，铬30.0～47.6。
本发明的块体非晶Ni-Si-Cr材料的制备方法，其特征在于该方法包括将质量比为硅粉∶镍粉＝1∶5～7的原料，在球磨机中干混6-10小时，置于铜模具中以10～30MPa的压力压实；再称取质量比为三氧化二铬∶三氧化铬∶铝=1∶2.6～3.3∶1.8～2.1的粉状反应物，混合均匀，置于硅镍混合粉料压坯上，以10～30MPa的压力压成反应胚体，置于反应容器中，用惰性气体吹洗反应容器以排除其中的空气；将胚料加热到150℃～200℃，并在此温度保温1～2小时；再从容器中排除从反应物料表面脱附的气体，通入3～10MPa惰性气体；继续加热到大约250～270℃，通过引燃剂引发反应，引燃剂是由高锰酸盐，镁粉，硫化物组成的混合物反应完成后材料随反应容器冷却至室温。
本发明高锰酸盐、镁粉以及硫化物的质量比为1.0∶1.5∶1.5-2.5。
本发明引燃剂的重量百分含量占总反应物料的2～10％。
采用以上工艺，由于反应产物在铜模具中获得了较大的过冷度，同时Ni-Si-Cr体系具有较大的非晶化能力，从理论上讲，得到Ni-Si-Cr块体材料具有形成非晶的可能。获得的材料的XRD，TEM结果表明其具有非晶结构。材料的厚度为10mm，其它方向不受限制。
Ni-Si-Cr块体非晶材料具有高强度、高硬度和优良的耐酸性及抗冲蚀性能，是具有重要应用前景的先进材料。
本发明采用的制备方法所需外加温度低，制备工艺及所需设备简单，成本低廉。
本发明的材料具有纯度高、组织致密的优点，所得到的材料具有较高强度、较高硬度及良好的抗磨性(表1)。本发明制备的材料性能重现性好，所测性能数据离散度不大于10％。
硬度测定条件为，载荷500g，加载持续时间5s。采用三点弯曲试验测定了材料的抗弯强度，试样尺寸为30×3×3mm，跨距为25mm，压头下移速度为0.1mm/min。磨损试验是在球-盘式SRV微动摩擦磨损试验机上进行的，盘为本发明的材料，尺寸为19×19×4mm，对偶为Φ10mm的G Cr15钢球。载荷40N，振幅1mm，频率25Hz，运转时间30分钟。
表1 Ni-Si-Cr块体非晶材料的硬度、弯曲强度及磨损率
具体实施方式
实施例1分别称取质量比为硅粉∶镍粉＝1∶5.5的原料35g，在球磨机中干混6小时，置于铜模具中以20MPa的压力压实；再称取质量比为，三氧化二铬∶三氧化铬∶铝＝1∶3.3∶2.1的粉状反应物40g，混合均匀，置于硅镍混合粉料压坯上，以20MPa的压力压成反应胚体，置于反应容器中。用惰性气体吹洗反应容器，以排除其中的空气。称取5g质量比为高锰酸盐∶镁粉∶硫化物＝1.0∶1.5∶2.0的引燃剂，以35MPa压力压制成坯置于反应容器中，用惰性气体吹洗反应容器，以排除其中的空气。将胚料加热到200℃，并在此温度保温1小时，从容器中排除从反应物料表面脱附的气体，再通入5MPa惰性气体，继续加热反应器到270℃左右，引燃剂在此温度下引发反应。反应完成后材料随反应容器冷却至室温，然后从容器中取出。
材料的显微硬度为7.9GPa、弯曲强度为880MPa，磨损率为0.9010-14m3·N-1·m-1。
实施例2分别称取质量比为硅粉∶镍粉＝1∶6.5的原料35g，在球磨机中干混7小时，置于铜模具中以20MPa的压力压实。再称取质量比为，三氧化二铬∶三氧化铬∶铝＝1∶2.6∶1.8的粉状反应物，混合均匀，称取50g置于硅镍混合粉料压坯上，以20MPa压力压制成胚体。称取5g质量比为高锰酸盐∶镁粉∶硫化物＝1.0∶1.5∶1.5的引燃剂，以35MPa压力压制成块。将装有反应胚体及引燃剂块的铜模具置于反应容器中，用惰性气体吹洗反应容器以排除其中的空气。将胚料加热到200℃，并在此温度保温1小时，从容器中排除从反应物料表面脱附的气体，再通入5MPa惰性气体。继续加热反应器到270℃左右，引燃剂在此温度下引发反应。反应完成后材料随反应容器冷却至室温，然后从容器中取出。
材料的显微硬度为7.9GPa、弯曲强度为1080MPa，磨损率为0.4610-14m3·N-1·m-1。
权利要求
1.一种块体非晶Ni-Si-Cr材料，其特征在于材料的质量百分含量组成为镍39.3～52.5，硅13.1～17.5，铬30.0～47.6。
2.如权利要求1所述的材料的制备方法，其特征在于该方法包括将质量比为硅粉∶镍粉＝1∶5～7的原料，在球磨机中干混6-10小时，置于铜模具中以10～30MPa的压力压实；再称取质量比为三氧化二铬∶三氧化铬∶铝＝1∶2.6～3.3∶1.8～2.1的粉状反应物，混合均匀，置于硅镍混合粉料压坯上，以10～30MPa的压力压成反应胚体，置于反应容器中，用惰性气体吹洗反应容器以排除其中的空气；将胚料加热到150℃～200℃，并在此温度保温1～2小时；再从容器中排除从反应物料表面脱附的气体，通入3～10MPa惰性气体；继续加热到大约250～270℃，通过引燃剂引发反应，引燃剂是由高锰酸盐，镁粉，硫化物组成的混合物反应完成后材料随反应容器冷却至室温。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于高锰酸盐、镁粉以及硫化物的质量比为1.0∶1.5∶1.5-2.5。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于引燃剂的重量百分含量占总反应物料的2～10％。
全文摘要
本发明叙述了一种块体非晶Ni－Si－Cr材料及其制备方法。材料的质量百分含量组成为镍39.3～52.5，硅13.1～17.5，铬30.0～47.6。利用热化学反应制备的块体非晶材料，材料的厚度为10mm，其它方向不受限制。该方法工艺及所需设备简单，成本低，制备的材料具有良好的微观组织结构及性能。
文档编号C22C1/05GK1786240SQ20041010080
公开日2006年6月14日 申请日期2004年12月10日 优先权日2004年12月10日
发明者毕秦岭, 喇培清, 刘维民, 马吉强, 薛群基 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所