本發(fā)明涉及一種氮化方法，尤其是一種纖維增強(qiáng)三元層狀陶瓷零件的氮化方法。
背景技術(shù)：
：航空發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)零件多為鋼制材料，受材質(zhì)屬性限制，其最高服役溫度大約在430℃左右。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的不斷提升，鋼制零件的環(huán)境使用溫度也不斷提高，原有鋼制齒輪、軸承等零件已不能滿足使用要求。Si3N4、ZrO2、塞隆(SiAlON)等陶瓷材料在高溫環(huán)境下表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能，可以滿足在高溫環(huán)境下服役的要求，但這類材料常溫下硬度高且脆性大，無法進(jìn)行銑削等機(jī)械加工，即便制造出此類陶瓷零件，由于其模量高、耐沖擊性極差，無法滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)零件高可靠性的實(shí)際工程要求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種纖維增強(qiáng)三元層狀陶瓷零件的表面氮化強(qiáng)化方法，以三元層狀MAX相為基體，以纖維為增強(qiáng)相，經(jīng)過熱壓燒結(jié)后，制備出陶瓷批體，待機(jī)械加工成實(shí)際零件后，進(jìn)行高溫氮化強(qiáng)化，改善三元層狀陶瓷材料相對(duì)較低的硬度和高溫蠕變抗力，滿足陶瓷零件在室溫下兼具一定的可機(jī)械加工性能的同時(shí)，在高溫環(huán)境下具有良好力學(xué)性能，通過氮化處理，在陶瓷零件表面生成致密的高模量氮化物陶瓷膜層，改善零件的耐蝕性和耐磨性。本發(fā)明中以Ti3AlC2為代表的Mn+1AXn相陶瓷基體，包括Ti4AlC3、Ti3SiC2、Ti3AlC2、Ti2AlC、Ti2AlN、Ti2SnC、Ti4AlN3、Ta4AlC3、Nb2AlC、Cr2AlC、Ta2AlC等。本發(fā)明的具體技術(shù)方案是，所述的纖維增強(qiáng)三元層狀陶瓷零件制備方法包括以下步驟：1、MAX相塊體陶瓷材料經(jīng)過球磨后制備成MAX相陶瓷粉體，取30目以上的粉體備用；2、在所述的粉末中加入與MAX相材料粉末體積分?jǐn)?shù)比為(0.5～30)：(70～99.5)的纖維，所述的纖維為碳纖維、SiC纖維、SiO2纖維、BN纖維、AlBO4中的一種或多種，纖維可以是長(zhǎng)纖維，也可以是短纖維；3、MAX相材料粉末和纖維混合后，進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度在1100～1600℃，燒結(jié)壓力為20～40MPa，燒結(jié)時(shí)間為1～4h，形成毛坯；4、將毛坯加工成零件；5、對(duì)零件進(jìn)行表面氮化，所述的氮化方法包括以下步驟：a.將零件置于鈦合金離子氮化爐的陰極上，將氮化爐抽真空至30Pa以下后，開始氮化；b.氮化過程中，氮化爐的升溫速率為0.5～5℃/min，升溫至350～600℃時(shí)保溫1～2h；c.保溫結(jié)束后，通入氮源氣體，所述的氮源氣體包括氨氣、氮?dú)狻⒌獨(dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚饣虻獨(dú)夂蜌錃獾幕旌蠚庵械囊环N；氮源氣體的混合比見下表所示：氮源氣體組成N2N2：H2N2：ArNH3體積比—1：(2～8)1：(3～10)—d.繼續(xù)以0.5～3℃/min的升溫速率升溫至700～950℃范圍內(nèi)進(jìn)行離子氮化，氮化時(shí)間4～100h，保溫結(jié)束后，以30～150℃/h的冷卻速度，爐冷至300～500℃；e.關(guān)閉電源，隨爐冷至150℃打開爐門，取出零件，氮化完畢；6、將零件空冷至室溫后，進(jìn)行最終精密加工。本發(fā)明通過在MAX相三元層狀陶瓷材料中引入纖維增強(qiáng)相，經(jīng)過燒結(jié)后，制得的纖維增強(qiáng)三元層狀陶瓷復(fù)合材料，不僅在室溫下具有良好的機(jī)械加工性能，耐溫性良好，材料通過纖維得到進(jìn)一步增強(qiáng)、增韌，加工后的零件經(jīng)過離子氮化后，在表面原位生成一層致密的高模量氮化物陶瓷膜層，耐蝕性和耐磨性均大幅提升。有效氮化層的厚度可達(dá)0.05～0.25mm，形成心部具有一定韌性、工作表面具有一定硬度的纖維增強(qiáng)可加工三元層狀陶瓷復(fù)合材料零件，這種纖維增強(qiáng)三元層狀陶瓷復(fù)合材料零件氮化后的組織結(jié)構(gòu)類似鋼制零件氮化后的組織結(jié)構(gòu)，具有耐沖擊、加工性好的特點(diǎn)。通過本發(fā)明制造的零件，如齒輪、軸承等，可以用于制造服役于450℃以上高溫環(huán)境的零件，具有加工工藝好、耐沖擊等優(yōu)點(diǎn)。具體實(shí)施方式一種纖維增強(qiáng)三元層狀陶瓷零件的氮化方法，所述的方法包括以下步驟：1、MAX相塊體陶瓷材料經(jīng)過球磨后制備成MAX相陶瓷粉體，取30目以上的粉體備用；2、在所述的粉末中加入與MAX相材料粉末體積分?jǐn)?shù)比為(0.5～30)：(70～99.5)的纖維，所述的纖維為碳纖維、SiC纖維、SiO2纖維、BN纖維、AlBO4中的一種或多種，纖維可以是長(zhǎng)纖維，也可以是短纖維；3、MAX相材料粉末和纖維混合后，進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度在1100～1600℃，燒結(jié)壓力為20～40MPa，燒結(jié)時(shí)間為1～4h，形成毛坯；4、將毛坯加工成零件；5、對(duì)零件進(jìn)行表面氮化，所述的氮化方法包括以下步驟：a.將零件置于鈦合金離子氮化爐的陰極上，將氮化爐抽真空至30Pa以下后，開始氮化；b.氮化過程中，氮化爐的升溫速率為0.5～5℃/min，升溫至350～600℃時(shí)保溫1～2h；c.保溫結(jié)束后，通入氮源氣體，所述的氮源氣體包括氨氣、氮?dú)狻⒌獨(dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚饣虻獨(dú)夂蜌錃獾幕旌蠚庵械囊环N；氮源氣體的混合比見下表所示：氮源氣體組成N2N2：H2N2：ArNH3體積比—1：(2～8)1：(3～10)—d.繼續(xù)以0.5～3℃/min的升溫速率升溫至700～950℃范圍內(nèi)進(jìn)行離子氮化，氮化時(shí)間4～100h，保溫結(jié)束后，以30～150℃/h的冷卻速度，爐冷至300～500℃；e.關(guān)閉電源，隨爐冷至150℃打開爐門，取出零件，氮化完畢；6、將零件空冷至室溫后，進(jìn)行最終精密加工。實(shí)施例某航空器上使用的齒輪，工作環(huán)境最高可達(dá)450℃，其加工方法包括以下步驟：1、燒結(jié)的Ti3AlC2塊體陶瓷材料，經(jīng)過球磨后制備成Ti3AlC2陶瓷粉體，取100目以上的粉體備用；2、在所述的粉末中加入與其體積分?jǐn)?shù)比為5：95的長(zhǎng)度為1～5mm的SiC短纖維；3、Ti3AlC2材料粉末和纖維混合后，進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度在1200℃，燒結(jié)壓力為30MPa，燒結(jié)時(shí)間為2h，形成毛坯；4、將毛坯加工成零件；5、對(duì)零件進(jìn)行表面氮化，所述的氮化方法包括以下步驟：a.將零件置于鈦合金離子氮化爐的陰極上，將氮化爐抽真空至30Pa以下后，開始氮化；b.氮化過程中，氮化爐的升溫速率為2℃/min，升溫至400℃時(shí)保溫1h；c.保溫結(jié)束后，通入氮源氣體，所述的氮源氣體為氮?dú)?；d.繼續(xù)以1.5℃/min的升溫速率升溫至900℃范圍內(nèi)進(jìn)行離子氮化，氮化時(shí)間10h，氮化結(jié)束后，以1.5℃/h的冷卻速度，爐冷至400℃；e.關(guān)閉電源，隨爐冷至150℃以下打開爐門，取出零件，氮化完畢；6、將零件空冷至室溫后，進(jìn)行最終精密加工。加工后的齒輪，室溫100g載荷作用下，顯微硬度在HV900以上，在450℃時(shí)力學(xué)性能穩(wěn)定，達(dá)到使用要求。當(dāng)前第1頁1 2 3