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陶瓷颗粒增强铁基复合材料(PR-IMC)具有高硬度、高强度及高耐磨等优点,在高温、高速、磨损等工作领域具有广泛的应用前景。但是,PR-IMC中增强颗粒与基体的界面缺陷较多,高体积含量下粒子易发生团聚等问题显著降低了材料的性能,限制了其应用。针对这些问题,本研究拟采用化学镀工艺对陶瓷颗粒进行表面涂覆金属来改善界面缺陷,探索不同类型的陶瓷颗粒混合相互协调减少缺陷和内应力的可能性。采用可显著减低界面反应的电流直加热动态热压高速烧结工艺来制备颗粒增强铁基复合材料,研究了不同含量、粒度、不同类型陶瓷颗粒镀铜后,混合与单一对比的铁基复合材料的性能,并且通过对显微组织的观察及其模拟研究,进一步探讨不同条件下颗粒增强复合材料的机理。研究发现,采用次亚磷酸钠作为还原剂时,加入的铜盐与还原剂的摩尔比为1:4,温度为65℃,pH值为9.0～11.0时,陶瓷颗粒粒度小加速镀铜沉积速度,对镀铜质量有很大影响,调节络合剂柠檬酸钠的加入量可控制沉积速度,镀铜沉积速度都为0.1g/min时,实现了不同粒度陶瓷表面化学镀的合格质量,而陶瓷颗粒类型不同对镀铜质量没有明显影响。SiC、TiN及TiC不同粒子镀铜后,铁基复合材料的强度都有不同程度的提高,TiN增强提高的最多可达19%,界面缺陷是性能降低的关键,因此镀铜对性能低的铁基复合材料改善更显著。当陶瓷颗粒体积含量为10%,TiC颗粒镀铜后复合材料的拉伸强度提高了 6.4%,而体积含量为20%,复合材料的强度提高了 14.5%。随着粒子含量的增加,镀铜对复合材料的性能改善越显著。粒子含量增加,界面缺陷增多,镀铜能够有效消除界面缺陷。陶瓷颗粒体积含量低于20%时,SiCp/Fe复合材料具有最高的拉伸强度。不同类型颗粒混合对铁基复合材料性能的研究表明:不同类型陶瓷颗粒直接混合增强的铁基复合材料的性能处于对应的单一颗粒增强材料性能之间,且倾向于性能高的单一类型颗粒增强材料;而不同类型颗粒镀铜后混合复合材料的强度优于.对应的单一类型颗粒增强材料。随着增强颗粒体积含量的增加,混合强化效果增强,其中颗粒体积含量为20%时,(TiC+TiN)p/Fe复合材料强度比TiNp/Fe复合材料强度高50%,比TiCp/Fe复合材料的强度高31%。弹性模量差异的粒子混合,引起基体中额外的应力梯度,载荷传递的有利性会提高复合材料的强度。不同类型陶瓷颗粒镀铜后混合增强的复合材料的延伸率优于它们对应的单一类型颗粒镀铜后增强材料的延伸率,可能是混合粒子的长程应力场相互抵消,滑移线的贯通会有利于材料的塑性。粒子混合强化对硬度没有特殊改善作用,镀铜前后,(SiC+TiC)和(SiC+TiN)混合颗粒的复合材料硬度都处于对应的两个单一增强材料的硬度之间,符合混合定律,这说明硬度是对界面缺陷不敏感的性能。不同类型颗粒镀铜后混合体积、粒度对复合材料性能的研究发现:15μm的TiN分别与不同粒度的SiC混合,当SiC颗粒的粒度从5μm增加到15μm时,铁基复合材料的抗拉强度和延伸率先上升后下降,而硬度没有明显的变化,这说明粒子尺寸混合也是优化复合材料性能的一设计考虑因素。陶瓷颗粒混合后体积含量由10%增加到20%时,铁基复合材料的硬度呈先上升后下降,拉伸强度呈逐步下降的趋势。陶瓷颗粒体积含量增加,粒子团聚的概率增大,粒子分布不均匀,不均匀性显著影响复合材料的强度,且粒子含量增多,复合材料的显微缺陷增多,因此复合材料的强度降低。同时对高体积含量下(25%,30%,35%)不同类型陶瓷颗粒混合增强铁基复合材料磨损性能进行了研究。复合材料的耐磨性与其硬度、拉伸强度没有直接的对应关系,当颗粒体积含量为25%时,TiNp/Fe复合材料的耐磨性最好而TiCp/Fe复合材料的拉伸强度最高;(SiC+TiN)p/Fe复合材料的硬度与TiNp/Fe复合材料硬度相差不大,而前者的耐磨性比后者差很多。复合材料不同于传统材料,其耐磨性更敏感地依赖于材料的疲劳性能。单一类型粒子强化时,TiNp/Fe复合材料的耐磨性最好,TiCp/Fe其次,SiCp/Fe最差;而TiNp/Fe和TiCp/Fe复合材料的耐磨性随体积含量增加变化不明显,SiCp/Fe的耐磨性随体积含量的增加急剧下降。混合粒子作为增强体时,(SiC+TiC)和(SiC+TiN)混合类型增强材料的耐磨性处于对应的两个单一增强材料之间,而(TiC+TiN)混合增强复合材料磨损性能显著优于对应的两个单一颗粒增强材料,(TiC+TiN)表现出可贵的混合增强的追求价值,这是因为SiC颗粒表现出导致疲劳磨损的特征。磨损表面观察表明,耐磨性好的(TiC+TiN)p/Fe复合材料的磨损机理为磨粒磨损,(SiC+TiC)p/Fe和(SiC+TiN)p/Fe复合材料除磨粒磨损外还存在明显的疲劳磨损现象。采用分子动力学方法模拟了 SiC、TiN和TiC颗粒增强及混合类型粒子增强铁基复合材料的应力-应变曲线,试图对混合强化的重要实验发现进行机理的分析讨论。模拟得出:SiC的强化效果最好,TiC其次,TiN最差,这与实验结果吻合的很好。而且,模拟发现(TiC+TiN)p/Fe复合材料的强化效果具有优于其对应的单一类型增强材料的可能性,也与实验结果相符。应变19.5%相同条件下,TiN颗粒增强的失效形式是粒子断裂,TiC增强的失效形式是粒子界面处的基体断裂,SiC增强没有出现材料失效,因此初步确定,混合类型粒子增强只有在粒子损伤(粒子断裂和粒子附近基体断裂)不同类型时可能出现,是由于微观应力场巨大差别进行叠加时,抵消了部分局部裂纹形成的驱动力所致。