TiC-Fe金屬陶瓷及其梯度復合材料的制備與性能研究.pdf

1、本文以工業(yè)上應用最為廣泛的鋼鐵材料為基體，以TiC硬質顆粒為增強相，從高溫、高速、耐磨損的實際使用需求出發(fā)，制備出較為均勻致密且具備良好耐磨損性能的TiC/Fe金屬陶瓷。為了有效緩解金屬陶瓷與傳統(tǒng)鋼材相連接時兩者之間熱匹配性較差的問題，又制備出界面結合良好的梯度TiC/Fe復合材料以緩和兩者間的熱應力，因而本文所研究的梯度復合材料有著廣闊的應用前景。
　　實驗采用無壓燒結法，分別制備了TiC/Fe金屬陶瓷與梯度復合材料，結果表明:

2、添加0.5wt.％硬脂酸鋅成形劑、壓制壓力為100MPa且燒結溫度為1480℃為最佳制備工藝，可以制備出外觀均勻致密的復合材料。
　　實驗制備的TiC/Fe金屬陶瓷中，TiC體積分數(shù)為別為30％、40％、50％和60％。當TiC含量為50vol.％時，均質TiC/Fe復合材料的相對密度達到最大值99.1％，彎曲強度達到最大值1048MPa，壓縮強度達到最大值1689MPa;當TiC含量為60vol.％時，均質TiC/Fe復合材料的

3、硬度達到最大值6200MPa。
　　實驗采用壓剪強度來表征梯度TiC/Fe復合材料界面結合性能。結果表明，隨界面兩側復合材料成分差異性增加，因熱膨脹系數(shù)差異性的增大，梯度TiC/Fe復合材料的界面結合強度降低。當梯度TiC/Fe復合材料界面兩側TiC體積分數(shù)分別為50％與60％時，其界面壓剪強度達到最大值233MPa。
　　實驗研究了TiC/Fe金屬陶瓷的摩擦系數(shù)、磨損率與復合材料成分、法向載荷、摩擦速度之間的關系。結果表明

4、，在干摩擦條件下，提高法向載荷或摩擦速度會導致金屬陶瓷摩擦系數(shù)降低;而提高TiC體積分數(shù)可使金屬陶瓷含有更多的硬質顆粒，從而提高復合材料的摩擦系數(shù)。提高摩擦法向載荷或TiC體積分數(shù)可使金屬陶瓷的磨損率降低，而提高摩擦速度會使金屬陶瓷的磨損率升高。TiC/Fe金屬陶瓷的摩擦系數(shù)范圍是0.41-0.55，磨損率范圍是1.39×10-9-3.09×10-9mm3·N-1·m-1。實驗范圍內金屬陶瓷的摩擦系數(shù)與磨損率的變化均保持在比較小的范圍之