工艺条件对电场作用下燃烧合成vcfe复合材料影响研究

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1、四川大学硕士学位论文工艺条件对电场作用下燃烧合成VC／Fe复合材料的影响研究材料加工工程专业硕士研究生：林慧敏指导教师：冯可芹副教授摘要随着现代工业的快速发展，对铁基复合材料的需求越来越多，其制各方法也广受关注，其中燃烧合成发展较迅速。VC是铁基复合材料理想的增强体，到目前为止对在电场作用下燃烧合成VC增强Fe基复合材料方面的研究还鲜有报道。本文采用Gleeble一1500D热模拟机进行实验，实验时先将预设升温速度、预设最高温度及保温温度等参数在热模拟机上进行设置，试验机根据这些参数通过控制试样两端的电流大小来达到控制试样升温速度的目的，最终

2、完成体系的燃烧合成。在本实验中，电场不仅能为体系提供焦耳热，更重要的是用电场来激发并维持反应进行，而不需要外加点火源。完成燃烧合成实验后，采用日本理光D／Max—IIIAx射线衍射仪对终产物进行XRD物相分析；采用OLYMPUSCK--40bt金相显微镜和JSE--5900LV扫描电子显微镜(附V4150X射线能谱仪，EDS)对反应产物进行微观组织结构和形貌观察。本文对压坯成分、原料粒度及预设升温速度三种工艺条件对Fe．V-C三元系的燃烧合成的影响进行研究，并通过金斯特林格动力学方程在理论上对固相扩散进行较深入的分析。通过对压坯成分对体系燃烧

3、合成影响进行研究，结果表明电场不仅能激发并维持反应的进行，还能促进体系的固相扩散，降低点火温度，使体系在较低的温度下完成合成反应。将热模拟试验机采集到的温度场数据进行分析，得出体系的点火温度在560～880"C之间，属于固相反应，而且随着压坯中含V量的增加，体系点火温度降低，点火延迟时间缩短。实验后，对终试样进行了XRDI一!l-；卜四川大学硕士学位论文分析再结合金相和扫描电镜分析，结果表明燃烧合成后，终试样的致密性得到了提高，而且在本实验中的确发生了V、c合成反应，随着压坯中含v量的增加合成产物中V、c之比越来越接近1：1，但其合成产物颗粒

4、随着含v量的增加而增大了。最后根据能量守恒定律对压坯在燃烧合成中的转化率进行了计算，结果为含钒量为32wt％的试样转化率最高，含钒量为20wt％的试样次之，而含钒量为44wt％的试样相对较低。压坯原料粒度对体系燃烧合成的影响研究表明：在电场的作用下，体系能在较低的温度下完成燃烧合成。随着压坯粒度的减小，体系的点火温度下降，点火延迟时间缩短的幅度较小；通过XRD分析得出，随着压坯原料粒度的减小，合成产物越来越接近稳定相(vc)；再结合金相和扫描电镜分析得知，体系经过燃烧合成后其致密度得到了提高，其合成产物颗粒随着原料粒度的减小有增大的趋势，即原

5、料粒度为150目的终试样合成产物颗粒尺寸最小，而原料粒度为200目和270目的试样相差不大。预设升温速度是相当重要的一个工艺条件，通过对其在体系燃烧合成方面的影响进行研究，结果表明：在电场作用下，随着预设升温速度的提高，电场对体系的作用也增强。通过对试样升温过程的研究，得出体系点火温度随预设升温速度的升高而降低，点火延迟时间的变化幅度不大；再结合XRD、金相和扫描电镜分析可知，随着预设升温速度的提高，合成产物申不稳定相(v2c)减少，合成产物颗粒变小，而且其致密度也随之提高。通过对体系扩散机构的探讨得出在本实验条件下，体系的固相扩散以间隙扩散

6、和空位扩散为主要方式，根据扩散机制将体系固相扩散阶段和燃烧合成阶段分为五个时期进行讨论；从理论上探讨了外加电场对体系固相扩散的促进作用。基于金斯特林格扩散动力学方程对各工艺条件下体系扩散过程机理进行分析，结果表明电场作用下Fe—V-C体系扩散过程符合金斯特林格方程，并根据此方程计算出在各工艺条件下的扩散速率，还分析各工艺条件对扩散速率的影响规律。关键词：电场作用，Fe—V—C体系，燃烧合成，压坯成分，原料粒度，预设升温速度，固相扩散Ⅱ四川大学硕士学位论文TheStudytotheEffectofTechnologicConditionsonC

7、ombustionSynthesisoftheVC／FeCompositesUnderanElectricFieldMajor：EngineeringofMaterialProcessingGraduateStudent：LinHuiminSupervisor：Prof．FengKeqinAbstractAlongwiththefastdevelopmentofmodemindustry,thedemandtoiron—basedcompositeswasincreasing，andthepreparationWasregardedwidel

8、y．Combustionsynthesis，whichisakindofmethodsofpreparingiron—basedcomposites，develop