【摘 要】
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随着冶金、矿山、电力等行业耐磨零部件需求的不断发展,传统、单一的耐磨材料已不能够满足生产的应用,陶瓷/金属复合耐磨材料应运而生,ZTAp（氧化锆增韧氧化铝）/高铬铸铁耐磨复合材料就是其中一种。ZTAp/高铬铸铁复合材料研究的主要问题为:陶瓷与金属之间的润湿性很差,两者难以浸渗与结合;且在高温条件下高铬铸铁基体与ZTAp陶瓷增强相在界面处发生界面反应、元素扩散、偏聚、固溶、相变等,ZTAp/高铬铸铁
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随着冶金、矿山、电力等行业耐磨零部件需求的不断发展,传统、单一的耐磨材料已不能够满足生产的应用,陶瓷/金属复合耐磨材料应运而生,ZTAp（氧化锆增韧氧化铝）/高铬铸铁耐磨复合材料就是其中一种。ZTAp/高铬铸铁复合材料研究的主要问题为:陶瓷与金属之间的润湿性很差,两者难以浸渗与结合;且在高温条件下高铬铸铁基体与ZTAp陶瓷增强相在界面处发生界面反应、元素扩散、偏聚、固溶、相变等,ZTAp/高铬铸铁耐磨复合材料产品的稳定性和可靠性迫切需要提高。本文以高铬铸铁为基体,采用ZTAp陶瓷颗粒作为增强相,对ZTAp表面化学镀并分别包覆活性微粉,使用水玻璃粘结剂制备成陶瓷颗粒预制体,最后采用负压铸造方法制备出ZTAp/高铬铸铁耐磨复合材料。采用SEM、EDS、XRD等实验手段对制备出的复合材料的组织结构、元素分布等进行了分析讨论,探究了复合材料制备中的浸渗机理及界面结合机理。针对煤矸石粉碎机锤头,设计了陶瓷颗粒预制体结构,并采用上述制备工艺,成功制备出陶瓷复合锤头,取得了初步应用成果。得到如下结论:（1）将表面经化学镀处理过的ZTAp颗粒与水玻璃粘结剂、活性微粉按质量比10:2:2的配比进行混合制得预制体,对陶瓷预制体进行350℃保温20min的工艺,预制体的压缩强度为16MPa、孔隙率接近50%,满足预制体制备的标准。（2）镀Ni包覆Cr等活性微粉制备的ZTAp/高铬铸铁复合材料界面存在以水玻璃为基的过渡层,过渡层中的元素含量从高到低依次为Al、Zr、O、Si、Na、Fe;Ni元素在Fe基体和ZTA陶瓷基体中均有分布;Cr元素主要分布在铸铁基体中;检测到Cr2O3、FeCr2O4、Al Ni等新相。（3）镀Ni包覆Co等活性微粉制备的ZTAp/高铬铸铁复合材料界面存在以水玻璃为基,分布Si、Al、O等化学元素的界面过渡层;Co元素主要分布在铁基体中;检测到Co C、Co2SiO4等新相。（4）镀Ni包覆ZTA等活性微粉制备的ZTAp/高铬铸铁复合材料界面存在以Si、Na、O、Al等元素为主的水玻璃过渡层,其中Al、Zr元素在过渡层有明显的成分浓度梯度分布;检测出Na Al O2、Al Ni、3Al2O3.2SiO2等新相;查阅文献,界面水玻璃与氧化铝生成的化合物可以提高界面的强度。（5）镀Ni包覆TiC等活性微粉制备的ZTAp/高铬铸铁复合材料界面结合处形成以TiC与Si/Na水玻璃为主的过渡层,和铁基、陶瓷基都有很好的相容性;检测出3Al2O3.2SiO2、Fe2C、TiC等新相。界面处的硅铝化合物与TiC等均可以提高界面的结合强度。（6）镀Co包覆Cr等活性微粉制备的ZTAp/高铬铸铁复合材料界面存在过渡层,过渡层中元素以Si、O、Al、Zr等为主;Cr元素主要分布在铁基体中;Co在两侧基体均有分布;检测出Al Co、3Al2O3·2SiO2等物相。（7）镀Co包覆ZTA等活性微粉制备的ZTAp/高铬铸铁复合材料界面存在过渡层,过渡层以硅酸钠为基,含Al、Zr、Cr、C、Fe等主要扩散元素;界面处检测到ZTA活性颗粒的分布;检测出NaAlSiO4、3Al2O3·2SiO2、Co3Fe7等物相。（8）镀Co并包覆TiC等活性微粉制备的ZTAp/高铬铸铁复合材料界面存在过渡层,过渡层以硅酸钠为基,存在Al、Zr、Cr、Fe、C等元素的扩散分布,界面处检测到TiC,检测到Al Co、3Al2O3.2SiO2、Fe2C等物相。（9）复合材料界面浸渗与结合机理为:在Co、Ni等的元素扩散诱导及TiC、ZTA、Cr等活性物质与基体的亲和力作用下,ZTAp陶瓷和高铬铸铁界面处形成以水玻璃为基,Al、Zr陶瓷元素以及C、Fe、Cr基体元素分别扩散进入过渡层。过渡层中Al、Cr分别比Zr、Fe元素的扩散能力强,生成NaAlSiO4、3Al2O3·2SiO2、Cr2O3等化学反应产物,从而促进铁液和陶瓷的浸渗,有利于陶瓷/高铬铸铁界面形成紧密结合。
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