三維網(wǎng)絡(luò)SiC-2Cr13復(fù)合材料組織與性能的研究.pdf

1、伴隨著航空航天事業(yè)的發(fā)展，一種高硬度、高耐磨性和良好的摩擦磨損性能的新型剎車材料--三維網(wǎng)絡(luò)SiC陶瓷/金屬復(fù)合材料引起了人們的注意。該材料SiC陶瓷和金屬互為骨架，在三維方向上既能發(fā)揮出金屬的高韌性、高強(qiáng)度又能發(fā)揮出SiC陶瓷的高硬度、高耐磨性和高耐熱性等優(yōu)點(diǎn)，從而使得該材料具有優(yōu)異的摩擦磨損性能。在三維網(wǎng)絡(luò)SiC/金屬復(fù)合材料中，增強(qiáng)相和基體之間的界面反應(yīng)強(qiáng)烈的影響了該材料的性能，因此對(duì)其界面組織和性能的研究具有極其重要的意義。

2、r>　　 本文主要研究了三維網(wǎng)絡(luò)SiC/2Cr13復(fù)合材料基體和界面的組織和形成機(jī)理，以及該材料的干摩擦磨損性能和常規(guī)的力學(xué)性能。研究結(jié)果表明：
　　 (1)三維網(wǎng)絡(luò)SiC/2Cr13復(fù)合材料中，其基體為球狀珠光體組織，其界面SiC和2Cr13兩相結(jié)合緊密，界面反應(yīng)區(qū)主要由SiC反應(yīng)區(qū)(SRZ)和金屬反應(yīng)區(qū)(MRZ)組成，而MRZ區(qū)又可分為貧Cr金屬反應(yīng)區(qū)(PCZ-MRZ)和富Cr金屬反應(yīng)區(qū)(RCZ-MRZ)。與SiC相鄰的S

3、RZ區(qū)主要由Fe5Si3、Cr5Si3、Cr3Si、Cr7C3和Cr23C6等物相組成；與2Cr13相鄰的是RCZ-MRZ區(qū)，它主要由富鉻相Cr23C6組成；在RCZ-MRZ區(qū)與SRZ區(qū)之間的是PCZ-MKZ區(qū)，它主要由富Fe相Fe2Si組成。
　　 (2)在SiC/2Cr13反應(yīng)區(qū)中，界面生成物的凝固速率決定了各個(gè)界面產(chǎn)生的先后次序。PCZ-MRZ區(qū)中的Cr23C6最先凝固，因而在液相反應(yīng)冷卻過程中最先產(chǎn)生；其次是PCZ-MR

4、Z區(qū)中的Fe2Si，極冷過程中部分Fe2Si來不急分解而保存下來；最后凝固的是SRZ區(qū)中Fe2Si分解產(chǎn)生的FesSi3。在冷卻過程中，固溶的Cr、C、Si也以化合物的形式析出。SiC分解產(chǎn)生的C、Si原子和鋼中金屬原子的Fe、Cr原子結(jié)合具有選擇性。Cr-C的親和力高于Fe-C，而Cr與Si、C具有近同的親和力，所以在界面析出了Cr7C3、Cr23C6和Cr3Si等物質(zhì)。該界面反應(yīng)以液相反應(yīng)為主，固相反應(yīng)為促進(jìn)界面產(chǎn)物的均勻化和有序化

5、起了重要的作用。
　　 (3)三維網(wǎng)絡(luò)SiC/2Cr13復(fù)合材料經(jīng)800℃保溫時(shí)，在基體擴(kuò)散來的Fe原子作用下SiC發(fā)生了分解，生成的C、Si原子與SRZ區(qū)中的化合物發(fā)生了反應(yīng)。同時(shí)，固溶于Fe-Si化合物中的Cr-C、Cr-Si化合物析出、長大。經(jīng)熱處理后的界面組織更加均勻有序。試驗(yàn)求得Fe、Si原子的擴(kuò)散系數(shù)分別為1.607×10-11m2·s-1和4.037×10-12m2·s-1。
　　 (4)以三維網(wǎng)絡(luò)SiC/

6、2Cr13復(fù)合材料為靜環(huán)，含鎳鉬合金的鑄鐵環(huán)為動(dòng)環(huán)來模擬轎車剎車試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，復(fù)合材料在低速和高速下摩擦磨損性能都較為優(yōu)異，但當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)7000rpm時(shí)，由于粘著磨損加劇導(dǎo)致動(dòng)環(huán)摩擦面遭到嚴(yán)重破壞而使得摩擦性能急劇下降。低壓力低轉(zhuǎn)速下，動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的磨損都以磨粒磨損為主，而壓力增大轉(zhuǎn)速變高時(shí)，復(fù)合材料的磨損以磨粒磨損為主，而鑄鐵環(huán)以粘著磨損為主。
　　 (5)三維網(wǎng)絡(luò)SiC/2Cr13復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度較低，其s bb=11MP