原位生成NbCp-灰鑄鐵表面復(fù)合材料的制備及組織、磨損性能的研究.pdf

1、采用原位技術(shù)制備的陶瓷顆粒增強金屬基復(fù)合材料具有高硬度、高韌性、熱穩(wěn)定好、增強相分布均勻且結(jié)合界面干凈無污染等特點,在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)該用廣泛。因此本文采用鑄造與熱處理相結(jié)合的工藝,原位制備了一種具有梯度結(jié)構(gòu)的NbCp/灰鑄鐵表面復(fù)合材料。
　　借助XRD、SEM、EDS等檢測技術(shù),研究了表面復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)及物相組成,并結(jié)合熱力學(xué)計算及擴散動力學(xué)討論了原位反應(yīng)的反應(yīng)機理及復(fù)合區(qū)的形成過程;采用兩體磨料磨損機及顯微硬度儀研究了表面復(fù)合

2、材料的耐磨特性及顯微硬度,并結(jié)合磨損形貌討論表面復(fù)合材料的磨損機理;最后,針對性能優(yōu)異的NbC致密層,采用納米壓痕儀及涂層附著力自動劃痕儀深入研究了致密層組織特征、硬度變化及耐磨性能。
　　研究結(jié)果表明:
　　(1)以鈮薄板和灰鑄鐵為原料,采用1430oC下澆鑄復(fù)合,1172oC保溫反應(yīng)的工藝可制得NbCp/灰鑄鐵表面復(fù)合材料,觀察可知材料亞表層復(fù)合區(qū)與灰鑄鐵基體結(jié)合良好,材料組分梯度變化,體現(xiàn)了原位技術(shù)的優(yōu)勢。
　　

3、(2)NbC在復(fù)合區(qū)中梯度分布,體現(xiàn)在隨表面深度的增加,NbC顆粒體積分?jǐn)?shù)逐步降低;顆粒聚集狀態(tài)由高度聚集、局部團(tuán)聚到最后完全分散;顆粒尺寸逐步增加,由亞微米級(0.1-0.3μm)升高到微米級(0.5-2.4μm);顆粒形態(tài)由橢球形逐步變?yōu)榱⒎襟w型。冷卻方式不同對復(fù)合區(qū)基體組織硬度影響較大,增強相顆粒體積分?jǐn)?shù)相近分布趨勢相同時,水冷試樣復(fù)合區(qū)顯微硬度最高、空冷試樣次之、爐冷試樣最低。
　　(3)NbC的原位反應(yīng)機理為:連續(xù)NbC

4、致密層形成前,擴散的Nb原子與石墨中的C原子發(fā)生反應(yīng);連續(xù)NbC致密層形成后,C原子通過間隙擴散與反應(yīng)界面處的Nb原子發(fā)生反應(yīng)。由此,復(fù)合區(qū)的形成過程可分為:初始反應(yīng)區(qū)形成、初始反應(yīng)區(qū)相互融合、復(fù)合區(qū)雙向生長、復(fù)合區(qū)單向生長四個過程。
　　(4)隨表面距離的增加,表面復(fù)合材料顯微硬度、耐磨性梯度變化。NbC致密層顯微硬度最高為1530HV0.05,耐磨性能約為HT300的20倍,磨損機理為顯微切削與顯微犁削,與傳統(tǒng)陶瓷相比,NbC