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电厂用磨煤机磨辊、磨盘的制备大多采用传统的高铬铸铁耐磨材料,对磨煤机的质量和性能产生较大约束,已无法满足耐磨需求。陶瓷颗粒增强金属基耐磨复合材料成为替代传统钢铁耐磨材料的首选材料。采用陶瓷/高铬铸铁金属基复合材料制备的磨煤机磨辊、磨盘等耐磨件,使用寿命是普通高铬合金或堆焊合金材料的2.5~3倍。目前国内对该耐磨复合材料的制备仍处于实验室研究阶段,陶瓷/高铬铸铁金属基复合材料磨辊均来自进口,因此对于陶瓷颗粒增强钢铁基复合材料的应用研究意义重大。本研究以氧化锆增韧氧化铝陶瓷(Zirconia-toughened alumina简称ZTA)颗粒和高铬铸铁为原料,试验研究了制备ZTA陶瓷预制体的模压成型压力、烧结温度、保温时间以及添加Ti颗粒预制体的强度和孔隙率的变化。通过无压浸渗法制备了ZTA陶瓷/高铬铸铁复合材料,并采用SEM、EDS、XRD等检测方法研究了ZTA陶瓷/高铬铸铁复合材料中组成相的结构特征和化学元素分布情况等,分析了形成陶瓷/高铬铸铁复合材料的浸渗机理以及复合材料中金属相与陶瓷相的结合机制。得出以下结论:(1)模压成型压力、烧结温度和保温时间对预制体的成型有重要的影响,通过试验分析成型压力为30MPa,烧结温度为1300℃,保温时间60min时预制体的成型较好。并采用该工艺制备了具有一定强度、孔隙率以及不同含Ti量的ZTA陶瓷预制体,随着Ti含量的增加,预制体孔隙率增大,强度逐渐降低,并且有少量的TiO2产生。(2)对比高铬铸铁在含Ti与不含Ti陶瓷基板上的接触角,ZTA陶瓷颗粒中添加Ti能够改善高铬铸铁与陶瓷之间的润湿性。采用浸渗温度1500℃,浸渗保温时间60min,之后随炉缓慢冷却的无压浸渗工艺制备了复合材料,其中预制体含Ti量增加,浸渗效果增强。(3)在金属浸渗含Ti量为20%的预制体后形成的复合材料中,金属与陶瓷分布均匀,结合紧密。在复合材料中组成相主要有Al2O3、ZrO2、Fe-Cr-C、FeAl2O4、FeTiO5、AlCrO3、FeTi,金属与陶瓷的结合界面处存在元素的相互扩散和化学反应。复合材料中主要的金属相与陶瓷相的界面结合是以冶金结合、机械结合、反应结合构成的混合结合机制,这种结合机制有利于复合材料中金属相与陶瓷相更好的发挥各自的作用。