ZrO2-SUS316L梯度復合管的制備及性能研究.pdf

1、近些年來梯度功能材料(FGM)的應用已經滲透到了各個領域,并已逐步向實用化發(fā)展。然而,迄今為止,有關功能梯度材料的研究大都限于板狀試樣的制備,關于梯度復合管制備的報道較為少見。本文以ZrO2和SUS316L為原料,創(chuàng)新性的將流延法與對輥輥壓工藝相結合,制備多層梯度復合管,并從非對稱型復合板變形曲率的角度考慮,設計復合管。從管壁梯度成分分布、輥壓壓力和燒結工藝等方面分析了各個工藝參數對復合管制備的影響,觀察了復合板與復合管的宏觀形貌與微觀

2、組織,分析了管壁元素分布和顯微硬度分布,最后進行了熱震性能測試以及抗壓強度實驗。結果表明：ZrO2/SUS316L對稱型梯度復合板無明顯的彎曲變形現象,界面結合良好。但對于ZrO2/SUS316L非對稱型梯度復合板,當板材寬度大于2cm,并且在無壓燒結的情況下,就以一定曲率發(fā)生彎曲變形和開裂。而且曲率測量結果與方程計算結果基本相符。對管壁梯度成分分布進行優(yōu)化,可以減小梯度層間的內應力；當輥壓壓力P<5MPa時,梯度

3、復合管素坯不能成型,層間疏松,當P≥15MPa時制備的梯度復合管管壁表面粗糙不平、有褶皺現象；由第三沖擊因子估算得到10vol.％、5vol.%、20vol.%梯度過渡的復合管燒結過程的平均降溫速率分別為0.75℃/min、0.8℃/min、0.8℃/min,減少了ZrO2/SUS316L復合管在降溫過程中產生裂紋的傾向。宏觀上復合管基本沒有發(fā)現開裂、變形和分層等缺陷,微觀分析表明,隨梯度過渡比例減小,梯度層界面處逐漸模糊,過渡良好。梯

4、度復合管管壁的孔洞缺陷基本產生于Zr02聚集處,通過混合粉預磨的方法可以減少管壁的孔洞缺陷。管壁的硬度變化基本呈線性分布,但隨梯度過渡比例的增大,硬度曲線變化越來越陡。梯度過渡比例越小,抗熱震性能就越好,而且通過熱震試驗后的破壞特點,發(fā)現相鄰層間過渡不能僅以成分比差值的大小作為依據,同時還應以結構和性能差異的大小為依據,這一點在制備多層復合管進行各層成分選擇時尤為重要。經過熱震試驗后,各層間過渡界面組織無明顯變化,層間結合良好,燒結體具