金属陶瓷钢覆层材料的制备及其性能的研究

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1、摘要本文采用液相烧结技术，在钢板上制备双面覆层的三元硼化物金属陶瓷．钢覆层材料，研究了覆层材料的力学性能和耐腐蚀性能，获得了硬度高、耐腐蚀性好、界面结合强度高的硬质覆层材料，同时弥补了钢板单面覆层时出现的弯曲缺陷。成功制备了十三种不同合金组分及其含量的三元硼化物金属陶瓷M、K、V、7Cu、M1、M2、M3、M4、V1、V2、V3、V4和V3Cu，它们具有优异的物理力学性能：密度(7．0～8．49／cm3)小于普通硬质合金的密度，几乎与钢的密度相当；硬度(80～90HRA)相当于一般硬质合金的范围，洛氏硬度最高可达YG8硬质合金的

2、98．5％；抗弯强度(200～1800MPa)相当于普通硬质合金的抗弯强度范围；断裂韧性(1Itl6MPa．m1”)良好，远高于一般陶瓷的断裂韧性。～一首次研究了Ti和cu对三元硼化物金属陶瓷性能的影响，Ti、Cu和Cr、Ni等金属粉末的混合加入，对金属陶瓷的密度、硬度和断裂韧性影响不大，但是，Ti元素的加入可使金属陶瓷的抗弯强度大幅度下降；而Cu元素的加入在不降低其抗弯强度的同时，可使金属陶瓷的烧结收缩率降低8．69％，从而降低了金属陶瓷一钢覆层材料层间的残余应力，提高了覆层材料的整体力学性能。研究了三元硼化物金属陶瓷的烧结工

3、艺制度。烧结时的真空度为l_0×10～10×101Pm烧结温度制度为：室温一400℃(保温30mil3)一1050℃(保温30min)一1180℃～1280℃(保温30min)一随炉自然冷却，各个阶段的升温速度都是10℃／min。结果表明，所研究的三元硼化物金属陶瓷的最佳烧结温度为：M、K、V、VCu为1280℃；Ml、M2、M3、M4为1180℃；V1、V2、73、74、V3Cu为1200℃。研究了所准备的金属陶瓷的微观组织结构。它们都是由三元硼化物陶瓷硬质相和铁基粘结相组成，且硬质相与粘结相分散均匀，硬质相的体积百分含量远远

4、高于粘结相。成功地制备了FC—V16Mn和FC二VCuQ235两种金属陶瓷一钢双面覆层材料。分析了覆层材料的金属陶瓷／钢界面结合机制和扩散机理。在界面区，由于元素原子的扩散和共晶液相反应，形成了一个具有一定厚度的过渡区域，因此，覆层材料具有良好的界面结合强度。覆层材料具有优良的力学性能。覆层材料FC—V16Mn的洛氏硬度为16Mn钢的1．94倍，而覆层材料FC—VCuQ235的洛氏硬度为Q235钢的2．22倍；覆层材料FC—V16Mn、金属陶瓷．钢覆层材料的制各及其性能研究FC—VCuQ235具有较高的抗弯强度，其断裂时既不是单

5、纯金属陶瓷的脆性断裂特征也不单纯是钢材的屈服断裂特征，而是两种特征复合的断裂特征；覆层材料Fc—V16Mn、FC-VCuQ235在多数酸性介质和碱性介质中的耐腐蚀性能远远好于普通钢基体。研究表明，覆层材料在H：sO。一CuSO。溶液、10％的HNO。和3％的lHF混合溶液、5％H：SO。溶液以及20％NaOH溶液中的耐腐蚀性能为16Mn、Q235钢的2倍左右。研究了覆层材料的覆层的微观结构，结果表明，在覆层材料的覆层中，球状或柱状的三元硼化物硬质相Mo：FeB：均匀地分布在铁基体中，形成致密的组织结构。初步分析了双面对称覆层材料

6、的等效抗弯强度理论，导出了各层所受到的J下应力的数学模型和覆层材料的等效抗弯强度公式。研究表明，覆层材料的等效抗弯强度与金属陶瓷和钢的弹性模量以及金属陶瓷层与覆层材料的厚度比有着密切的关系。关键词：金属陶瓷，覆层材料，液相烧结，微观结构，力学性能与耐腐蚀性ABSTRACTThetemaryboridecermetlayerwaspreparedonthesteelsubstratetoformanewtypeofcladdingmaterialwithexcellentwearandcorrosionresistancebyme

7、ansoftheliquidphasesinteringtechnique．Aboutthirteenternaryboridecermets(M、K、V、VCu、M1、M2、M3、M4、V1、V2、V3、V4andV3Cu)weredesignedandfabricatedsuccessfullyAndtheyallhaveoutstandingphysicalandmechanicalproperties：Thedensity(7．O～8，49怒m3)islessthanthegeneralhardalloy(about12

8、～139／cm’)，equivalenttosteel；Thehardness(80～90HRA)isequivalenttothegeneralhardalloy,andtheHRAofcermetis98．5％oftheYG8；Theflexurestren