原位合成ticfe表面梯度复合材料的研究

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1、原位合成TiC/Fe表面梯度复合材料的研究摘要在机械、冶金、矿山开采、油气钻探等重工业领域，存在严重的设备磨损问题，这就要求机械零部件能够承受剧烈冲击、抗腐蚀、抗磨损。因此，能够采取一定的方法，在易磨损部件的表面生成一种或几种具有高硬度、高耐磨性的增强颗粒，已成为这些领域增强零部件、延长零件使用寿命的重要途径。陶瓷颗粒增强钢铁基复合材料能够将陶瓷材料和钢铁材料的优点融为一体，是耐磨材料、摩擦材料、高温合金及工具材料的理想应用对象。原位反应技术利用热力学平衡原理在基体表面直接生成颗粒或片状增强体，从而比较好地解决了人工复合法中增强体与基

2、体润湿困难、界面反应严垂的问题；而口生成的增强体表面无污染，避免了与基体相容性不良的问题，且界面结合强度高等优点，已成为是当前金属基复合材料研究领域的一个热点。通过热力学计算和Fe-Ti-C相图分析，研究了原位生成TiC颗粒的生成条件及其长大机制；利用差热分析(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、点能谱(EDS)等测试手段对Fe-Ti-C体系的反应动力学过程、显微组织结构、显微硬度及磨损性能进行了系统深入的研究。研究结果表明：采取铸渗■热处理工艺，在基体表面原位生成工艺制备TiC/Fe基表面梯度复合材料是可行的

3、；生成的TiC硬质相，均匀分布于基体表面，并且其硬质相颗粒形貌逐渐趋近于四方状或球状，平均粒度在为2・5屮m并且与铁基体结合良好。热力学计算结果表明：通过在1138°C温度下的热处理工艺在基体表面原位生成TiC,该反应为：Ti+C=TiC,该反应能够自发进行。动力学分析结果表明，Ti・C反应受动力学过程控制，C的扩散速度影响该反应的快慢程度。TiC颗粒的长人机制表明：当Ti、C原子浓度高吋可生成稳定的TiC晶核；当Ti、C原子浓度降低吋生成的TiC不能以稳定晶核的形式存在，只能在已生成的晶核上按照TiC品体的优先生长方向堆积、长大。T

4、iC颗粒按照小颗粒不断溶解，大颗粒相应粗化的模式长大，同时碳的浓度在一定程度上也影响了碳化钛颗粒的生长。利用显微硬度计对TiC/Fe基复合材料的显微硬度进行了测量，实验结果表明：复合层硬度最高达3231HVo.o5，平均硬度是基体的10倍左右。利用国产ML-100干式销盘磨料磨损试验机对TiC/Fe基表面梯度复合材料的耐磨性进行测试，实验结果表明，相对于灰铸铁标准时样，碳化钛表面梯度复合材料最外层陶瓷层耐磨性提高了27.91倍，其余两层（颗粒层）分别提高约20倍（大颗粒区域）、15倍（小颗粒区域）。关键词：原位反应、TiC颗粒、铁基复

5、合材料、显微微观、耐磨性AbstractThereareseriousequipmentwearingproblemsduringthefieldofmineexploration,heavymetallurgyandgasolinedrilling,whichrequiresmechanicalpartscanenduranceimpact、corrosionresistanceandwearresistance.Themethodofdevelopmenthighhardnessandwearresistantparticleso

6、ntheinternalcomponentsofequipmentsisaimportantwaytorepairandprolongtheequipments*liffe.Particlereinforcedironmatrixcompositespossessingtheadvantagesofsteel(oriron)matrixandceramicparticlereinforcementsaretheidealchoiceforapplicationsofwearresistantmaterials,refractoryal

7、loysandtoolmaterials.Themainadvantageofinsitutechnologyisthatthesurfaceofreinforcementsgeneratedinsitutendtoremainclean,i.e.freefromgasabsorption,oxidationorotherdetrimentalsurfacereactionandthematrix-reinforcementsinterfacebondthereforetendstobestronger.Themethodofinsi

8、tuaccountingtotheprincipleofthermodynamicequilibriumformsreinforcementsinthematrixdirectly,andusuallyreinforce