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納米金剛石顆粒增強鋼鐵基複合材料

【閱讀】144 次    【發布】2017-12-20 08:24

發明者寄語 INVENTOR MESSAGE

一旦小小的納米金剛石顆粒熱擴散進鋼鐵基體,便引發了戰略基礎材料、前沿 戰略材料、高端裝備製造業、先進表麵工程領域一場劃時代的革命性變革;

一旦小小的納米金剛石顆粒熱擴散進鋼鐵基體,直接導致一項重大原創性發 明:集超高硬度、超高強度、超級耐磨、超低摩擦係數、高衝擊韌性、高導熱、高 性價比、優良的可生產性及其寬廣的應用領域與一身,可大批量工業化生產的納米 金剛石顆粒增強鋼鐵基複合材料——金剛石超級納米鋼在中國誕生。從此,中國鋼 鐵基納米複合材料及其生產工藝技術便躍居世界領先;

一旦金剛石超級納米鋼及其生產技術、機械零件表層超高機械、物理性能金剛 石納米重構技術(機械零件表層滲納米金剛石)在中國工業界推廣,中國特鋼工產 業、高度機械裝備、關鍵機械基礎件製造業的麵貌必將為之一新,其巨大的技術經 濟社會效益當下還難以估量。



1.重大原創性技術發明簡介 TECHNOLOGY INVENTION PROFILE


1.1.重大原創性發明

首次發現作為擴散介質的 納米粒子向鋼鐵基體內的 高強的熱擴散 世界首次發現 這是金屬物理擴散理論擴散現象的重要新發現和理 論拓展。將擴散有原子、粒子的微觀階段推向納米 粒子的介觀階段。由於此發現關乎新生產技術,新 材料創成和誕生、發現的影響力深刻巨大。

發明了納米金剛石顆粒增 強鋼鐵基複合材料—— 金剛石超級納米鋼。創立 了戰略前沿鋼鐵基納米複 合材料新鋼族 世界從未有過 發明了具有超高機械物理性能的 ——顆粒增強納米複合結構特鋼係列。對世界已 有二百多種鋼鐵材料的性能提升意義重大。 是劃時 代的顛覆性的重大原創性發明。其天文數字的技術 經濟和社會效益當下難以估量。 高品質特鋼新鋼 族 改變並 奠定了世界鋼鐵材料研發生產應用的格局。

發明了熱擴散法、冶煉法 工業化大批量生產金剛石 超級納米鋼的成套工藝技 世界從未有過 複合材料製備生產技術革命性變革。徹底解決了納 米複合材料工業化生產的曆史難題,改變前沿高科 技材料產業化的瓶頸技術。由此大大降低了高科技 材料的生產成本,為應用大開大門。中國因此重器 而躍居高性能納米複合鋼鐵材料世界之巔。

發明了機械零件表層金剛 石納米重構改性 原創, 世界從未有過 重要關鍵機械零件通過滲納米金剛石——金剛石納 米重構大幅度提升其機械物理性能是有史以來重大 發明創造之一。


1.2.金剛石超級納米鋼極其優異的機械、物理性能

⑴超高硬度,50-72.5-74HRC,較同基體鋼高出10-20HRC;(世界領先)

⑵超高強度,1500-2500MPa,高於一般超高強鋼;(世界領先)

⑶超高的耐磨性(是滲碳耐磨性的20倍,堪比陶瓷);(世界領先)

⑷超低的摩擦係數(金剛石超級鋼對鋼幹摩擦係數0.09 ) ;(世界僅有)

⑸優異的抗衝擊性能(在高應變速率下); (優於現有裝甲鋼)

⑹良好的塑性和韌性; (同基體鋼)

⑺良好的高溫性能; ( 優於基體鋼 )


1.3.金剛石超級納米鋼的微觀組織


圖1.納米金剛石擴散進入鋼鐵 基體內微觀形貌和證實:

(A)SEM下納米金剛石均勻分布

(B)納米金剛石的TEM照片

(C)金剛石的EDP圖片



圖2.擴散層SEM微觀組織形貌

特點:①納米晶、納微米晶;②微觀組織呈連續梯度,無明顯薄弱界麵;③顆粒增強超細晶。




1.4.金剛石超級納米鋼的其他技術特色


⑴納米重構層可設計

①金剛石納米重構部位可按要求選定;

②擴散層深度可按設計深度控製;

③除熱處理的常規變形外,滲納米金剛石不改變工件形狀和幾何尺寸;

④熱擴散物質可選;


⑵優良的可生產性

①隻用低真空熱處理爐或普通熱處理電爐便可實現鋼鐵型材或機械零件的納米金剛石熱擴散;

②可大批大量成千上萬噸地工業化生產超級金剛石納米鋼型材或對機械零件實施超高機械性能的金剛 石納米重構;

③不受零件重量尺寸結構限製;

④冶煉法可生產大塊體金剛石超級納米鋼 。


⑶優良的可加工性

①納米金剛石擴散終止時,工件隨爐冷卻,退火態的金剛石超級納米鋼可極其容易地冷加工,加工性 與退火態基體鋼相同;

②隻有當淬火回火硬度超過65HRC時,用立方氮化硼刀片切削或用立方氮化硼砂輪磨削。


⑷基體材料的廣泛性 基體材料可覆蓋鑄鐵、鑄鋼、碳鋼、合金結構鋼、工具鋼、模具鋼、滲碳滲氮鋼、不鏽鋼等多種鋼鐵 材料。


⑸極高的性價比