增強粒子表面化學(xué)鍍對SiC-Fe復(fù)合材料性能影響的研究.pdf

1、顆粒增強金屬基復(fù)合材料具有高強度、高硬度以及優(yōu)良的耐磨性能而得到廣泛的開發(fā)和研究關(guān)注，已經(jīng)表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。SiC顆粒以高硬度，高耐磨，密度小，耐高溫，價格低等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于制備復(fù)合材料。目前制備高性能SiC增強鐵基復(fù)合材料一直是國際材料學(xué)界研究的難點之一。本課題組所制備的SiC顆粒增強鐵基復(fù)合材料已達(dá)到很突出的成果，但材料的性能特別是塑性仍然希望有顯著提高。
　　SiC顆粒與大多數(shù)金屬存在著嚴(yán)重的界面不相容性，這就使得金

2、屬基體與SiC增強顆粒間的結(jié)合力不強，降低了SiC增強金屬基復(fù)合材料的抗拉性能和塑性，而且隨著SiC顆粒含量的增多這種對性能的影響會加劇。據(jù)報道有人曾試圖在SiC顆粒表面鍍鎳?yán)梅勰┮苯鸬姆椒▉硖岣咝阅?，但結(jié)果不理想。本文探索在SiC顆粒表面鍍銅和鍍鎳兩種方法，采用電流直加熱動態(tài)熱壓燒結(jié)新制備工藝，期望對SiC/Fe復(fù)合材料性能有重要改善。
　　本文通過對SiC顆粒表面改性處理探索出了一套高效率的施鍍工藝，得出了化學(xué)鍍鎳以氯化鎳為

3、鎳鹽與以次亞磷酸鈉為還原劑的摩爾比為1比3，利用鍍液中的鎳被全部還原來控制鍍層厚度，化學(xué)鍍銅以硫酸銅為銅鹽與以甲醛為還原劑，摩爾比為1比2，實現(xiàn)了鍍液中的銅被全部還原。對鍍后的SiC粒子利用稱重法和粒度分析儀測量，其鍍層均達(dá)到預(yù)期控制厚度。
　　本實驗采用動態(tài)熱壓雙段燒結(jié)新工藝分別制備了21μm，45μm和85μm三種粒子鍍層為0.5μm銅，0.5μm鎳和未鍍的粒子含量為5％，10％，15％，20％時的SiC/Fe復(fù)合材料，進(jìn)行了

4、材料性能的對比研究，并且通過金相顯微鏡、掃描電鏡觀察和成分微區(qū)分析，對材料性能改善的機理進(jìn)行了討論。
　　實驗表明，化學(xué)鍍層對材料的致密度和硬度的影響很小，對抗拉強度和延伸率的影響比較顯著。SiC粒度為45μm，體積分?jǐn)?shù)為10％時，化學(xué)鍍鎳對提高材料的抗拉強度效果最好，提高了50％。鍍銅處理在增強粒子含量低時，強度改善作用比鍍鎳略差一些，當(dāng)含量增加時表現(xiàn)出比鍍鎳處理更好的可喜效果，鍍銅SiC在21μm，體積分?jǐn)?shù)為20％時材料的抗拉

5、強度達(dá)到506.4MPa，而鍍鎳為483.2MPa。SiC粒子表面經(jīng)化學(xué)鍍處理后對SiC/Fe復(fù)合材料的延伸率均有顯著的提高，增強體粒度為21μm，體積分?jǐn)?shù)為10％時鍍鎳處理延伸率的增幅最大，為原來的2.5倍?；瘜W(xué)鍍銅對延伸率的改善在含量低時明顯比鍍鎳效果差，但是當(dāng)含量高到15％以上時，鍍銅對延伸率的改善與鍍鎳的效果基本相同。
　　強化粒子表面鍍金屬后，復(fù)合材料的抗拉強度與SiC的體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系為先增大后減小，含量在10％時具有最

6、大強度值。復(fù)合材料強度在SiC粒度為21μm時為最好，粒度增加到45μm時強度有所降低，而粒度增大至85μm時將導(dǎo)致強度大幅度降低。鍍銅處理對大尺寸增強顆粒時材料強度的改善比鍍鎳材料更好。
　　強化粒子表面鍍金屬后，復(fù)合材料的延伸率與SiC的體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系為隨含量增加而顯著下降。復(fù)合材料延伸率在SiC粒度為21μm時為最好，粒度增加到45μm時有所降低，而粒度增大至85μm時將大幅降低。鍍鎳復(fù)合材料體積分?jǐn)?shù)為5％，粒度21μm時，