TiC_Al_2O_3颗粒增强钢基复合材料的制备及耐磨性研究_焦玉凤

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1、第31卷第3期佳木斯大学学报(自然科学版)Vol．31No．32013年05月JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEdition)May2013文章编号:1008－1402(2013)03－0408－03TiC－AlO①23颗粒增强钢基复合材料的制备及耐磨性研究112焦玉凤，夏春艳，金大明(1．佳木斯大学材料科学与工程学院，黑龙江佳木斯154007;2．佳木斯市特种设备检验研究所，黑龙江佳木斯154003)摘要:选取Ti－C－Al－Fe2O3体系采用铸造/SHS(自蔓延高温合成)两种工艺相结合，成功制备出原位自生TiC、Al

2、2O3两种陶瓷颗粒增强钢基复合材料．通过改变Ti－C－Al－Fe2O3体系稀土元素含量以及施加不同载荷等参数的变化，研究体系的耐磨性能．添加稀土CeO2加入量为0．8wt．%时，相对耐磨性为10．2，达到最大值;同一成分的材料随着载荷从7N增加到21N，相对耐磨性也进一步提高．关键词:SHS;铸造;钢基复合;耐磨中图分类号:TG142．72文献标识码:A界面结合性能和良好的浸润性能以及增强相的均0引言匀弥散分布特征，制备成本低廉，是提高复合材料［2］铸造与自蔓延高温合成反应(SHS)的基本原强韧性及耐磨性的有效途径．因此本文采用铸理是将增强相的组分原料与金属粉末按一定比

3、例造与自蔓延高温合成反应制备原位自生TiC－充分混合，压坯成预制块，用高温熔融的钢水引燃Al2O3增强钢基复合材料具有重要的现实意义．预制块，使组分之间发生放热化学反应，放出的热1复合材料的制备量开始蔓延，引起粉末邻近部分继续燃烧反应，直［1］至完成，最终制得复合材料．通过高温自蔓延合本实验所选用的原材料、原料纯度、粒度及产成反应制备TiC－Al2O3增强钢基复合材料的最大地见表1．优点是:原位自生的增强相与基体材料具有良好的原材料纯度/(wt%)粒度/μm生产厂家钛粉99．975北京蒙泰有研技术开发中心石墨碳粉99．975北京蒙泰有研技术开发中心铝粉99．975北京蒙

4、泰有研技术开发中心三氧化二铁粉99．575天津大茂化学仪器供应站通过热力学原理分析，选择Ti－C－Al－颗粒．Fe2O3反应体系，以4:1:1:3比例对粉末进行配2磨损试验比，配比后的粉末与钢球一同放入密封良好的不锈钢球磨罐中，在QM－1SP4型球磨机上以200r/min磨损试验机采用国产ML－100干式销盘磨料的转速进行3小时的混合球磨．球磨后取适量粉末磨损机，实验参数为:试样为10mm×10mm的标准置于DY－20台式压片机上进行压制，预制块直径试样，选用粒度为120μm的刚玉砂布固定在实验为20mm，将制出的预制块在101A－2型电热鼓风圆盘上，分别加以7N、14

5、N和21N的载荷，磨损行干燥箱中进行干燥、预热，处理后的预制块放置在程为200m．先将标准试样表面预磨成一个平面，浇注钢液砂型中陶瓷颗粒增强的部位，用10Kg中用德国赛多利斯(SartoriusGeniusME215P)十万分频感应炉熔炼钢液．在1600℃钢液成分均匀后，将之一电子天平测量称量试样的质量，然后换一张新钢液浇入砂型中，利用高温钢液的热量直接引燃预砂布待圆盘转动200m后停机，称量磨损前后质量制块的自蔓延高温合成反应，原位生成Al2O3，TiC差即为磨损失重量．由于本研究制备的是TiC、①收稿日期:2013－03－28基金项目:黑龙江省佳木斯大学科研项目(L

6、2012－002)．作者简介:焦玉凤(1977－)，女，黑龙江佳木斯人，佳木斯大学材料科学与工程学院讲师，工学硕士．第3期焦玉凤，等:TiC－Al2O3颗粒增强钢基复合材料的制备及耐磨性研究409Al2O3局部增强钢基复合材料，不是整体增强的，42．当CeO2的含量达到0．8wt．%时，失重量达到为了减少实验误差，因此用试样的真实失重量来考最小值，最小失重量为9．5mg，相对耐磨性为10．查试样的相对耐磨性的问题．相对耐磨性能评定常2，达到最大值．但是，当CeO2含量继续升高为1．使用如下公式［3］:2wt．%时，磨损失重量有小幅的上升，失重量为9．相对耐磨性8mg，相

7、对耐磨性为9．89．CeO2含量不同对磨损失图3载荷不同对基体和增强区磨损失重的影响图1添加剂CeO2含量不同对增强区磨损失重的影响(21N载荷)图2添加剂CeO2含量不同的复合材料磨损形貌图(21N载荷)(a)0wt．%(b)0．4wt．%(c)0．8wt．%(d)1．2wt．%标准试样磨损失重量ε=(1)试验试样摩磨损失重量3试验结果及分析图4不同载荷下Q235钢基体和增强区的磨损后形貌图(a)Q235钢7N(b)增强区7N(c)Q235钢14N(d)增强区14N(e)Q235钢21N(f)增强区21N3．1稀土CeO2对耐磨性的影响