超細(xì)晶不銹鋼及其復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)和性能研究.pdf

1、不銹鋼是一種高技術(shù)含量的特殊鋼種,其特殊的耐腐蝕、高壽命、耐氧化和高回收利用率決定其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位并得到廣泛應(yīng)用。不銹鋼材料目前采用鍛造或軋制方法及隨后的再結(jié)晶處理來(lái)實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化,但這種方法很難得到大尺寸的超細(xì)組織材料,也很難使晶粒尺寸達(dá)到納米尺度。表面機(jī)械研磨處理技術(shù)是目前制備表面納米化晶粒不銹鋼材料的主要方法,但由于內(nèi)部晶粒并未被納米化,表面納米層通常穩(wěn)定性較差,決定了這種表面改性的不銹鋼材料的使用性能極易劣化。機(jī)械合金化

2、(亦稱高能球磨)結(jié)合粉末冶金技術(shù)被認(rèn)為是制備高性能超細(xì)晶金屬／陶瓷復(fù)合材料的新方法,已成功制備出超細(xì)晶銅基、鋁基等金屬／陶瓷復(fù)合材料。為了提高不銹鋼的整體綜合性能,本論文采用機(jī)械合金化結(jié)合粉末冶金技術(shù)制備了超細(xì)晶粒不銹鋼,并利用TiC陶瓷作為第二相顆粒增強(qiáng)相制備了超細(xì)晶粒TiC／不銹鋼復(fù)合材料,系統(tǒng)研究了制備工藝對(duì)材料結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響,重點(diǎn)研究了316不銹鋼原材、超細(xì)晶不銹鋼材料和TiC／不銹鋼復(fù)合材料的抗氧化性、耐腐蝕性與摩擦磨損

3、性能。本論文的主要工作如下:
　　 制備了超細(xì)晶粒不銹鋼粉體和超細(xì)晶粒不銹鋼材料。以316不銹鋼粉末為原料,采用高能球磨方法制備了不銹鋼超細(xì)粉體,并用XRD分析、SEM、TEM、BET等技術(shù)表征了超細(xì)粉末的微觀結(jié)構(gòu),得到最佳球磨工藝；采用放電等離子體燒結(jié)(SPS)技術(shù)制備了超細(xì)晶不銹鋼塊體材料,并研究了材料的物相組成、顯微結(jié)構(gòu)、抗彎強(qiáng)度、彈性模量、硬度、密度,得到優(yōu)化的燒結(jié)工藝。
　　 制備了超細(xì)晶粒TiC／不銹鋼復(fù)合粉

4、體和超細(xì)晶TiC／不銹鋼復(fù)合材料。以316不銹鋼粉末、鈦粉、碳粉為原料,采用高能球磨方法制備了原位生成、晶粒尺寸達(dá)到納米級(jí)的超細(xì)晶TiC／不銹鋼復(fù)合粉體,用SPS工藝制備了超細(xì)晶TiC／不銹鋼復(fù)合材料。通過(guò)XRD分析、SEM、TEM、BET等技術(shù)表征了超細(xì)晶復(fù)合粉體及其超細(xì)晶TiC／不銹鋼復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),并研究了該復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度、彈性模量、硬度、密度,分析了高能球磨工藝和SPS條件對(duì)復(fù)合粉體及其復(fù)合材料的物相組成、顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)

5、性能的影響及規(guī)律。
　　 研究了超細(xì)晶不銹鋼及超細(xì)晶TiC／不銹鋼復(fù)合材料的抗氧化特性和氧化機(jī)理。采用連續(xù)氧化增重法和不連續(xù)氧化增重方法研究了超細(xì)晶粒不銹鋼粉體及其塊體材料的抗氧化性能,并用DSC技術(shù)研究了超細(xì)晶不銹鋼粉體的氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué),發(fā)現(xiàn)超細(xì)晶粒不銹鋼粉體的氧化活化能由122.6kJ／mol增加到321.06kJ／mol,提高了161.8％。超細(xì)晶不銹鋼材料在900℃、1050℃下的氧化動(dòng)力學(xué)遵循拋物線規(guī)律,其氧化機(jī)制以擴(kuò)

6、散控制為主；在1150℃下長(zhǎng)時(shí)間氧化,其氧化動(dòng)力學(xué)變?yōu)橹本€規(guī)律,氧化控制機(jī)制變?yōu)榻缑娣磻?yīng)控制,耐氧化能力下降。
　　 研究了超細(xì)晶不銹鋼及其復(fù)合材料的耐腐蝕性和腐蝕機(jī)理。采用電化學(xué)方法研究了超細(xì)晶不銹鋼和超細(xì)晶TiC／不銹鋼復(fù)合材料在不同電解質(zhì)中的腐蝕行為,腐蝕電解質(zhì)包括強(qiáng)酸、弱酸、復(fù)合鹽類及堿類等,并與316不銹鋼原材的耐腐蝕性進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果發(fā)現(xiàn),三種材料在氯化鐵和鹽酸的混合溶液中腐蝕速率最大,在硫酸、硝酸和甲酸等酸性介質(zhì)中

7、腐蝕速率較大,在NaCl和NaOH溶液中腐蝕速率最小。
　　 研究了超細(xì)晶不銹鋼及其復(fù)合材料的摩擦磨損性和摩擦磨損機(jī)制。采用對(duì)磨磨損方法研究了超細(xì)晶粒不銹鋼和超細(xì)晶TiC／不銹鋼復(fù)合材料在不同條件下的摩擦磨損特性,并分析了磨損機(jī)制。發(fā)現(xiàn)超細(xì)晶不銹鋼和超細(xì)晶TiC／不銹鋼復(fù)合材料的耐磨性能均優(yōu)于316不銹鋼原材,與316不銹鋼原材料相比,超細(xì)晶不銹鋼的磨損率降低了24.4％,超細(xì)晶TiC／不銹鋼復(fù)合材料的磨損率降低了42.3％。3