WC增强Al2O3/TiC复合材料制备及耐磨性研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wupei0083
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本文首先以α-Al2O3粉、TiC粉为原料,采用热压烧结的工艺制备了Al2O3/TiC复合材料,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等分析手段和三点弯曲、单边切口梁法等力学性能测试方法,系统研究了烧结温度以及TiC含量对Al2O3/TiC复合材料力学性能的影响规律,并在此基础上向Al2O3/TiC陶瓷复合材料体系中加入WC粉,研究WC含量对Al2O3/TiC/WC复合材料力学性能的影响规律,继而以Si3N4陶瓷球为对磨副,探讨了不同WC含量对Al2O3/TiC/WC复合材料摩擦磨损性能的影响规律,初步揭示了该复合材料的摩擦磨损机理,研究结果表明:1600℃烧结温度下制备的Al2O3/TiC复合材料,力学性能随TiC含量的升高呈先上升后下降的趋势,当TiC含量为20wt%时,其断裂韧性和抗弯强度均达到最大,分别为5.27MPa·m1/2和509.45MPa。固定TiC含量20wt%和烧结温度1600℃、加入WC制备的Al2O3/TiC/WC复合材料,力学性能随WC含量的升高呈先上升后下降的趋势,当WC含量为10wt%时,其抗弯强度及断裂韧性均达到最大,值分别为534.7MPa和5.34MPa·m1/2。XRD测试结果表明,四种烧结工艺条件下制备的Al2O3/TiC复合材料均由α-A12O3、TiC两相组成,表明在α-A12O3和TiC之间没有发生化学反应且两相间具有较好的化学相容性;上述材料中引入不同含量WC后得到的Al2O3/TiC/WC复合材料中同样由α-A12O3、TiC和WC三相组成,而没有其它新物质生成。断口的SEM图观察发现,四种烧结工艺条件下Al2O3/TiC复合材料的断裂方式主要是沿晶断裂,同时伴有部分TiC的穿晶断裂,随TiC含量的升高,复合材料中TiC穿晶断裂现象不断增多;而Al2O3/TiC/WC复合材料的断口同样是沿晶断裂和穿晶断裂的混合断裂方式。摩擦磨损实验研究表明,随WC含量的增加复合材料的摩擦系数呈先减小后增大的趋势,而复合材料磨损率和陶瓷球磨损直径均呈先上升后下降的趋势,且在WC含量为10wt%时复合材料摩擦系数和磨损率以及球的磨损直径分别达到最小值(0.45、2.3×10-8g/N m、0.81mm)。Al2O3/TiC/WC复合材料摩擦磨损机理主要为脆性断裂引起的磨粒磨损。添加WC的复合材料磨损率(W)与断裂韧性(KIC)呈反比,而未添加WC的复合材料则不符合此规律;材料的磨损率(W)与弹性模量(E)和维氏硬度(Hv)的比值(E/Hv)呈正比。
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