摩擦磨损失效是材料的三大失效形式之一,我国每年由于摩擦磨损所造成的经济损失占国民经济总值的6%,所消耗的钢材达300万吨。磨损造成了大量的资源浪费与经济损失,因此,提高材料耐磨性对节省社会资源和地球能源都具有重大意义。目前工业生产使用的耐磨材料仍以金属材料为主,而陶瓷材料硬度更高、耐磨性更优异,但由于陶瓷材料脆性大,易产生裂纹,难以大尺寸应用,因此设想将小颗粒的陶瓷分散在金属基体中,制备出复合耐磨材料,既发挥了金属韧性好的特点,又结合了陶瓷的高硬度、高耐磨性,在工业化生产中具有良好的发展前景。本项目选用了高铬钢（HCS）作为基体材料,氧化铝（Al2O3）作为增强体颗粒,采用放电等离子烧结（SPS）技术制备了Al2O3颗粒增强HCS复合材料。为了改善Al2O3与HCS基体间界面结合力差的问题,采用化学镀法对Al2O3进行表面镀镍处理;通过ANSYS有限元模拟软件对SPS制备Al2O3颗粒增强HCS复合材料进行数值分析,还原烧结过程,探究颗粒界面连接机制;对镀镍氧化铝增强高铬钢（Al2O3@Ni/HCS）复合材料进行微观组织观察,探究其界面行为;对Al2O3@Ni/HCS复合材料进一步进行耐磨性能评定,探究其耐磨机理,并分析了Ni镀层对磨损性能提升的作用机理。主要研究结果如下:采用化学镀法成功在Al2O3表面包裹镍层,镍首先沉积在Al2O3表面的凹坑中,然后逐渐长大向外延伸,相互聚集连成一片成为胞体致密的沉积层,最终完全覆盖在Al2O3表面,得到了均匀致密的Ni镀层,厚度约100μm,呈胞状结构,胞子尺寸约为2～3.5μm。对镀液进行研究可知,随着镀液中柠檬酸钠含量的提高,Ni的沉积速率降低,随着镀液pH、温度的升高,Ni的沉积速率加快。最佳的镀液方案为:氯化镍40 g/L,柠檬酸钠48 g/L,酒石酸钾钠144 g/L,次亚磷酸钠60 g/L,p H5.7,65℃。采用ANSYS有限元模拟软件对烧结过程中的电流密度分布、温度场分布以及等效应力场分布进行了计算,结果表明:在复合材料烧结初期,电流会优先经过铁颗粒表面,颗粒连接处的电流密度可达9.45×105A/m2,此时,颗粒连接处的温度可达1707℃,尖端放电导致的局部高温去除了铁表面的氧化膜,同时,局部高温导致颗粒连接处部分熔化,熔化部位称为烧结颈,此时尖端放电导致的熔化为主要的连接机制,随着烧结颈部的形成与长大,焦耳热成为主要连接机制,此后,烧结继续进行,伴随着压力的加载,焦耳热与塑性变形共同促进粉末颗粒致密化。熔化、焦耳热及塑性变形的共同作用保证了颗粒间的高质量连接。采用放电等离子烧结在不同压力的条件下制备了Al2O3@Ni/HCS复合材料,试样密度随着烧结压力的增大而致密,当压力达到40 MPa时,致密度达到97.48%,此后再增加压力,致密度基本不变。分析试样的界面行为可知:Al2O3@Ni/HCS复合材料的界面结合是以扩散结合为主,同时又存在少量的机械结合与冶金结合。Ni镀层改善了Al2O3@Ni/HCS复合材料的界面连接,原因有两点:（1）Ni镀层改善了铁液在Al2O3表面的润湿性,经过镀镍处理后,铁液滴在Al2O3表面的润湿角由140°下降为76°;（2）Ni镀层促进了Al2O3-HCS间的元素扩散与反应,界面产物有NiAl2O4,(Al0.8Cr0.2)2O3与FeNi3。对Al2O3@Ni/HCS复合材料的磨损性能进行了评定,其平稳时的摩擦系数为0.41,摩擦失重为3 mg;与无表面处理的Al2O3颗粒增强HCS复合材料相比,经过镀镍处理后试样的耐磨性能提高了46.4%;观察磨损过程可知Ni镀层强化了Al2O3颗粒与HCS基体间的界面结合力,使得Al2O3颗粒不易脱落,充分发挥了Al2O3颗粒的耐磨作用,从而提高了复合材料的耐磨性。