抗高温氧化耐磨La2Zr2O7-FeCrAl复合材料制备及其性能研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mqj1965
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无缝钢管被广泛应用于航空航天、石油化工、能源电力等行业的关键装备。目前制备无缝钢管的核心部件(穿孔顶头)所用材料的抗高温氧化和耐磨性能较差是制约其服役寿命的瓶颈难题。目前主要采用弱氧化气氛中预氧化的方法在顶头表面预制一层铁氧化物膜,阻止顶头基体与管坯直接接触,起到一定防护效果,但由于铁的氧化物自身结构疏松、易开裂,其抗高温氧化和耐磨性能较差,难以解决顶头快速失效的技术难题。采用金属陶瓷复合材料制备穿孔顶头是解决上述问题的有效方法。Fe Cr Al具有优异的抗高温氧化性能,La2Zr2O7(以下简称LZO)具有优异的高温相结构稳定性、低热导率、高熔点、高硬度等优良性能。LZO颗粒弥散分布在Fe Cr Al中的金属陶瓷复合材料将兼具优异的抗高温氧化和耐磨性能,目前关于该方面的研究鲜有报道。本文采用机械合金化(MA)+放电等离子烧结(SPS)制备了LZO-Fe Cr Al金属陶瓷复合材料,研究了SPS烧结温度、LZO含量、Al含量等工艺参数对复合材料物相组成、显微结构、高温氧化及摩擦磨损行为的影响。获得的具体研究结果如下:(1)制备工艺对LZO-Fe Cr Al复合材料组织结构及力学性能具有重要影响。Al-Fe Cr Al复合粉末MA一定时间后Al粉均匀固溶于Fe Cr Al中,形成Fe Cr Al(Al)过饱和固溶体;随着SPS烧结温度的升高,复合材料的致密度也逐渐升高;LZO和Al含量对复合材料相组成种类和组织致密性没有显著影响,LZO颗粒均保持原始状态且与合金基体具有良好结合界面。(2)制备工艺对LZO-Fe Cr Al复合材料高温氧化行为具有重要影响。Al含量影响复合材料表面氧化膜连续性、组织演变、生长动力学。适当的含Al量可获得连续致密稳定的α-Al2O3,且该氧化膜可保持较长时间。本研究中不同含Al量的复合材料表面氧化膜均表现为良好的再生性能。(3)制备工艺对LZO-Fe Cr Al复合材料高温摩擦磨损行为有重要影响。SPS烧结温度、LZO含量、Al含量等影响复合材料高温摩擦磨损行为。随着SPS烧结温度的提高,复合材料摩擦系数和磨损量呈现先降低后升高的趋势;随着LZO含量的增加,摩擦系数和磨损量呈现先降低后升高的趋势;随着Al含量的增加,复合材料的摩擦系数和磨损率呈现先降低后升高再降低的趋势。
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