动态热压制备不同增强颗粒类型的铁基复合材料性能的研究

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本文采用电流直加热动态热压烧结工艺制备了SiC、TiC、Cr3C2、Ti(C,N)不同增强颗粒类型的铁基复合材料,对比研究了不同增强颗粒类型对铁基复合材料性能的影响,讨论了不同类型强化粒子混合增强的作用。   实验研究结果表明:所制备出的不同体积分数的SiCp/Fe、Cr3C2p/Fe、TiCp/Fe和Ti(C,N)p/Fe复合材料致密度都在96%以上,并在粒子体积分数为10%时复合材料的致密度最高;Cr3C2p/Fe复合材料硬度最高,原因是Cr3C2粒子自身的高温热稳定性和与基体的化学亲和性能较高从而提高复合材料的维氏硬度;SiCp/Fe复合材料的抗拉强度最高,以下依次为Cr3C2p/Fe、TiCp/Fe、Ti(C50,N50)p/Fe。   针对铁基复合材料耐磨性广阔的应用前景,本实验对制备出的复合材料的耐磨性进行了磨损性能和磨损机理的探讨。结果表明,四种不同颗粒增强铁基复合材料的磨损量较低,主要以磨粒磨损为主。Ti(C50,N50)对改善材料磨损性能作用最强,表明与基体界面可经受一定变形量的强化粒子最有利提高耐磨性;复合材料的耐磨性均在强化粒子含量10%时达到最好;铁基复合材料表现出高摩擦系数时耐磨性反而更好的特性,在耐磨材料应用方面显示出巨大优势。   目前,多数文献报道单种颗粒增强铁基复合材料,关于混合颗粒增强铁基复合材料的报道很少,是否通过颗粒混合增强能够取得意外强化效果是一个很有意义的学术问题。   通过对不同类型强化粒子混合增强作用的研究表明:采用混合增强的复合材料能够综合两种粒子不同的特性从而改善复合材料性能,混合颗粒增强铁基复合材料的致密度和单种颗粒增强复合材料的致密度差别较小,表明粒子之间反应作用影响很小;Ti(C,N)颗粒的加入对于改善复合材料的塑性和耐磨性效果最好;混合颗粒中加入Cr3C2颗粒能有效提高基体的维氏硬度;5%Cr3C2和5%ri(C,N)混合颗粒增强的复合材料抗拉强度高于10%Cr3C2/Fe和10%Ti(C,N)/Fe复合材料的抗拉强度,并且高于其它混合颗粒增强复合材料,原因是Cr3C2粒子具有较好的高温稳定性,与铁基体的润湿性较好,而Ti(C,N)粒子与基体界面结合好,两种粒子混合形成连续的强化固溶体。
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