预制体前处理工艺对自生TiCP/HCCI复合材料磨料磨损性能的影响

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanhui516
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陶瓷颗粒增强金属基复合材料因具有优异的耐磨性而被广泛研究,但外加陶瓷颗粒在提高耐磨性的同时对基体的割裂作用比较大,使复合材料的韧性明显降低。原位自生陶瓷颗粒增强金属基复合材料,由于增强颗粒是在金属基体内部原位自生形成,因此陶瓷颗粒与金属基体结合良好,界面清洁无污染,相较于外加陶瓷颗粒增强金属基复合材料而言,其脆性显著降低,大大增加了复合材料的使用寿命。但是如何控制原位自生颗粒的均匀性一直都是难题。通过添加moderator(慢化剂),可以有效地控制原位反应的过程,对合成反应期间的成核动力和晶体生长产生有益影响,从而得到粒径更加细小的陶瓷颗粒,另一方面还能吸收反应过程中释放的多余的热量,防止复合区破碎,得到陶瓷颗粒分布均匀的复合区。本文系统的研究了预制体中慢化剂含量对原位自生TiCP/HCCI复合材料的组织和性能的影响。通过向预制体中添加体积分数为0,20%,40%,60%和80%的高铬铸铁成分的慢化剂,探究TiCP/HCCI复合材料的微观组织、硬度、压缩性能和三体磨料磨损性能的变化趋势。通过研究发现随着慢化剂含量的升高,复合材料基体区会形成更多的(Fe,Cr)7C3碳化物,陶瓷颗粒的体积分数逐渐降低,与此同时所形成的TiC陶瓷颗粒的尺寸会更加细小,平均颗粒尺寸从2.10μm降低至0.25μm。同时,由于陶瓷颗粒的引入,材料的硬度得到了显著的提高,最高时较金属基体提高了69.04%。在压缩性能中,复合材料的抗压缩性能相较于金属基体都有所降低,当慢化剂含量为80%时,复合材料的抗压缩性能最好,此时的压缩形变达到7.43%,抗压强度为1622.66MPa。在磨损性能方面,随着慢化剂含量的升高,材料的三体磨料磨损性能呈现先升高后降低的趋势,在慢化剂含量为20%时,复合材料的体积损失量最低,耐磨性最好。在预制体中加入20%慢化剂的前提下,研究预制体成型压力对复合材料组织和性能的影响。研究发现,随着预制体成型压力的提高,陶瓷颗粒体积分数逐渐降低,但其平均尺寸有增大的趋势。这主要是因为不同压力下复合材料的铸渗效果不同导致的。复合区的硬度从成型压力为5MPa时的898.33HV降低至25MPa时的726.17HV。随预制体成型压力的降低,复合材料的抗压强度越来越高,且抵抗变形的能力也越来越强,因此较小的成型压力有助于提升复合材料的压缩性能。同时,复合材料的耐磨性也随着预制体成型压力的降低而有所提升,在5MPa时复合材料的耐磨性最好,是25MPa时的2.98倍,此时基体组织和陶瓷颗粒的协同保护作用最强。本文分析了慢化剂含量和预制体成型压力对原位自生TiCP/HCCI复合材料中陶瓷颗粒尺寸和分布的影响规律,得出了最佳力学性能和磨料磨损性能所对应的预制体处理参数,对原位自生TiCP/HCCI复合材料的制备提供一定的指导,拓宽了陶瓷颗粒增强铁基复合材料在矿山、建材、电力等领域的应用范围。
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