工藝條件對電場作用下燃燒合成VC-Fe復合材料影響研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，對鐵基復合材料的需求越來越多，其制備方法也廣受關(guān)注，其中燃燒合成發(fā)展較迅速。VC是鐵基復合材料理想的增強體，到目前為止對在電場作用下燃燒合成VC增強Fe基復合材料方面的研究還鮮有報道。 本文采用Gleeble-1500D熱模擬機進行實驗，實驗時先將預設(shè)升溫速度、預設(shè)最高溫度及保溫溫度等參數(shù)在熱模擬機上進行設(shè)置，試驗機根據(jù)這些參數(shù)通過控制試樣兩端的電流大小來達到控制試樣升溫速度的目的，最終完成體系的燃燒合成

2、。在本實驗中，電場不僅能為體系提供焦耳熱，更重要的是用電場來激發(fā)并維持反應進行，而不需要外加點火源。完成燃燒合成實驗后，采用日本理光D/Max－IIIAX射線衍射儀對終產(chǎn)物進行XRD物相分析；采用OLYMPUS CK－40M金相顯微鏡和JSE－5900LV掃描電子顯微鏡（附V4150X射線能譜儀，EDS）對反應產(chǎn)物進行微觀組織結(jié)構(gòu)和形貌觀察。 本文對壓坯成分、原料粒度及預設(shè)升溫速度三種工藝條件對Fe-V-C三元系的燃燒合成的影響

3、進行研究，并通過金斯特林格動力學方程在理論上對固相擴散進行較深入的分析。 通過對壓坯成分對體系燃燒合成影響進行研究，結(jié)果表明電場不僅能激發(fā)并維持反應的進行，還能促進體系的固相擴散，降低點火溫度，使體系在較低的溫度下完成合成反應。將熱模擬試驗機采集到的溫度場數(shù)據(jù)進行分析，得出體系的點火溫度在560～880℃之間，屬于固相反應，而且隨著壓坯中含V量的增加，體系點火溫度降低，點火延遲時間縮短。實驗后，對終試樣進行了XRD 分析

4、再結(jié)合金相和掃描電鏡分析，結(jié)果表明燃燒合成后，終試樣的致密性得到了提高，而且在本實驗中的確發(fā)生了V、C合成反應，隨著壓坯中含V量的增加合成產(chǎn)物中V、C之比越來越接近1：1，但其合成產(chǎn)物顆粒隨著含V量的增加而增大了。最后根據(jù)能量守恒定律對壓坯在燃燒合成中的轉(zhuǎn)化率進行了計算，結(jié)果為含釩量為32wt％的試樣轉(zhuǎn)化率最高，含釩量為20wt％的試樣次之，而含釩量為44wt％的試樣相對較低。 壓坯原料粒度對體系燃燒合成的影響研究表明：在電場的作

5、用下，體系能在較低的溫度下完成燃燒合成。隨著壓坯粒度的減小，體系的點火溫度下降，點火延遲時間縮短的幅度較??；通過XRD分析得出，隨著壓坯原料粒度的減小，合成產(chǎn)物越來越接近穩(wěn)定相（VC）；再結(jié)合金相和掃描電鏡分析得知，體系經(jīng)過燃燒合成后其致密度得到了提高，其合成產(chǎn)物顆粒隨著原料粒度的減小有增大的趨勢，即原料粒度為150目的終試樣合成產(chǎn)物顆粒尺寸最小，而原料粒度為200目和270目的試樣相差不大。 預設(shè)升溫速度是相當重要的一個工藝條

6、件，通過對其在體系燃燒合成方面的影響進行研究，結(jié)果表明：在電場作用下，隨著預設(shè)升溫速度的提高，電場對體系的作用也增強。通過對試樣升溫過程的研究，得出體系點火溫度隨預設(shè)升溫速度的升高而降低，點火延遲時間的變化幅度不大；再結(jié)XRD、金相和掃描電鏡分析可知，隨著預設(shè)升溫速度的提高，合成產(chǎn)物中不穩(wěn)定相（V<,2>C）減少，合成產(chǎn)物顆粒變小，而且其致密度也隨之提高。 通過對體系擴散機構(gòu)的探討得出在本實驗條件下，體系的固相擴散以間隙擴散和空