TiC-Fe金屬陶瓷及其梯度復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、本文以工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的鋼鐵材料為基體，以TiC硬質(zhì)顆粒為增強(qiáng)相，從高溫、高速、耐磨損的實(shí)際使用需求出發(fā)，制備出較為均勻致密且具備良好耐磨損性能的TiC/Fe金屬陶瓷。為了有效緩解金屬陶瓷與傳統(tǒng)鋼材相連接時(shí)兩者之間熱匹配性較差的問題，又制備出界面結(jié)合良好的梯度TiC/Fe復(fù)合材料以緩和兩者間的熱應(yīng)力，因而本文所研究的梯度復(fù)合材料有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　實(shí)驗(yàn)采用無壓燒結(jié)法，分別制備了TiC/Fe金屬陶瓷與梯度復(fù)合材料，結(jié)果表明:

2、添加0.5wt.％硬脂酸鋅成形劑、壓制壓力為100MPa且燒結(jié)溫度為1480℃為最佳制備工藝，可以制備出外觀均勻致密的復(fù)合材料。
　　實(shí)驗(yàn)制備的TiC/Fe金屬陶瓷中，TiC體積分?jǐn)?shù)為別為30％、40％、50％和60％。當(dāng)TiC含量為50vol.％時(shí)，均質(zhì)TiC/Fe復(fù)合材料的相對(duì)密度達(dá)到最大值99.1％，彎曲強(qiáng)度達(dá)到最大值1048MPa，壓縮強(qiáng)度達(dá)到最大值1689MPa;當(dāng)TiC含量為60vol.％時(shí)，均質(zhì)TiC/Fe復(fù)合材料的

3、硬度達(dá)到最大值6200MPa。
　　實(shí)驗(yàn)采用壓剪強(qiáng)度來表征梯度TiC/Fe復(fù)合材料界面結(jié)合性能。結(jié)果表明，隨界面兩側(cè)復(fù)合材料成分差異性增加，因熱膨脹系數(shù)差異性的增大，梯度TiC/Fe復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度降低。當(dāng)梯度TiC/Fe復(fù)合材料界面兩側(cè)TiC體積分?jǐn)?shù)分別為50％與60％時(shí)，其界面壓剪強(qiáng)度達(dá)到最大值233MPa。
　　實(shí)驗(yàn)研究了TiC/Fe金屬陶瓷的摩擦系數(shù)、磨損率與復(fù)合材料成分、法向載荷、摩擦速度之間的關(guān)系。結(jié)果表明

4、，在干摩擦條件下，提高法向載荷或摩擦速度會(huì)導(dǎo)致金屬陶瓷摩擦系數(shù)降低;而提高TiC體積分?jǐn)?shù)可使金屬陶瓷含有更多的硬質(zhì)顆粒，從而提高復(fù)合材料的摩擦系數(shù)。提高摩擦法向載荷或TiC體積分?jǐn)?shù)可使金屬陶瓷的磨損率降低，而提高摩擦速度會(huì)使金屬陶瓷的磨損率升高。TiC/Fe金屬陶瓷的摩擦系數(shù)范圍是0.41-0.55，磨損率范圍是1.39×10-9-3.09×10-9mm3·N-1·m-1。實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)金屬陶瓷的摩擦系數(shù)與磨損率的變化均保持在比較小的范圍之