三维网络结构Al2O3陶瓷/高铬铸铁复合材料干摩擦磨损性能

采用往复式滑动摩擦磨损（SRV）试验机研究了高铬铸铁及三维网络结构Al₂O₃陶瓷增强高铬铸铁复合材料的干摩擦磨损性能,测量了高铬铸铁和Al₂O₃陶瓷/高铬铸铁复合材料在不同摩擦频率及载荷下的摩擦系数和磨损率;用扫描电镜观察磨损表面形貌,并分析了三维网络Al₂O₃陶瓷对复合材料磨损机制的影响。结果表明：陶瓷Al₂O₃与高铬铸铁基体之间具有良好的界面结合,复合材料的摩擦系数随摩擦频率和载荷的变化保持稳定,耐磨性远优于高铬铸铁,而且随着摩擦频率和载荷的增加,Al₂O₃陶瓷/高铬铸铁复合材料的抗磨损性能明显提高,这是由于复合材料中Al₂O₃与高铬铸铁相之间三维空间结构和良好的界面结合有利于摩擦载荷的传递;三维Al₂O₃陶瓷骨架在磨损表面形成硬的网络突体并起承载作用,能有效保护金属基体;磨损机制为氧化磨损及磨粒磨损共同作用。     

ZrO2增韧Al2O3陶瓷颗粒对增强高铬铸铁基复合材料冲击磨料性能影响

传统的耐磨钢铁材料难以满足现代矿山装备对关键耐磨部件的需求,陶瓷颗粒增强钢铁基耐磨复合材料成为最具良好应用前景的耐磨材料之一。通过预烧结获得不同体积分数及不同颗粒大小的陶瓷预制体,结合铸渗法制备出氧化锆(ZrO₂)增韧氧化铝(Al₂O₃)陶瓷颗粒增强高铬铸铁(HCCI)基复合材料。结果表明：随着ZTA(ZrO₂增韧Al₂O₃)颗粒体积分数(25%～45%)的增加,ZTA颗粒等效直径(1.7,1.2,0.4 mm)减小,复合材料抗冲击磨损性能随之提高,以颗粒体积分数为45%、等效粒径为0.4 mm时最佳。ZTA_p/HCCI复合材料的主要磨损特征是磨损面发生微切削,其主要磨损机制是磨料磨损。     

TiCp/Cr15高铬铸铁复合材料的制备与性能

以TiC_p粉末和水雾化Cr15高铬铸铁粉末为原料,采用粉末冶金液相烧结技术制备TiC_p增强高铬铸铁复合材料。研究了TiC_p含量对高铬铸铁的物相组成、显微组织和力学性能的影响。研究结果表明,全致密的TiC_p增强高铬铸铁基体复合材料的构成相为TiC、M₇C₃型碳化物、马氏体和少量奥氏体;随着TiC_p添加量增大,金属基体逐步呈孤岛状,并在其中析出越来越多的M₇C₃型碳化物,同时TiC_p逐步呈连续网状分布;同时,其硬度稳步提升,而抗弯强度和冲击韧性降低。当TiC_p添加量为20wt%时烧结态复合材料具有最佳综合力学性能。此时硬度为HRC 66.8 ,冲击韧性为6.86 J/cm2,抗弯强度为1 343.10 MPa。当TiC_p添加量为25wt%时硬度达到最大值HRC 67.20 。      

B4C包覆ZTA颗粒增强铁基复合材料制备与性能

ZTA (ZrO₂增韧Al₂O₃)陶瓷颗粒表面包覆B₄C微粉,将其制备成蜂窝状结构陶瓷预制体。采用传统重力浇注工艺将陶瓷预制体与熔融的高铬铸铁(HCCI)金属溶液进行复合,获得ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料。对复合材料中ZTA陶瓷颗粒增强相与高铬铸铁基体之间的界面及复合材料的耐磨料磨损性能进行了研究。结果表明,ZTA陶瓷颗粒与高铬铸铁界面结合处形成了明显的过渡区域,界面过渡区域的存在提高了陶瓷颗粒与金属基体的结合,从而提升了复合材料的整体稳定性能。同时,三体磨料磨损试验表明该复合材料的耐磨料磨损性能是高铬铸铁的3.5倍左右。     

碳纤维表面改性增强Fe3Al-Al2O3复合材料的制备及组织性能

采用溶胶-凝胶分散和热压烧结制备了短切碳纤维（CF_s）/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料。分别通过电化学镀Cu和化学气相沉积SiC对CF_s表面修饰和改性,研究了Cu镀层和SiC涂层对CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料显微组织、相组成、力学性能及断裂行为的影响。结果表明,未修饰的CF_s在Fe₃Al-Al₂O₃基体中受到严重侵蚀,CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料致密度低,抗弯强度仅为239.0 MPa,与Fe₃Al-Al₂O₃强度相当;表面镀Cu可有效保护CF_s不被侵蚀,同时提高了CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料的烧结致密性和界面结合强度,从而明显提高了复合材料的断裂强度,但断裂过程中纤维拔出较短;CF_s表面沉积SiC的CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料组织均匀致密,表面涂层完整,且与纤维及基体之间结合力相当,断裂过程中,涂层既可随纤维一起拔出基体,也可与CF_s分离而留在基体之中,SiC涂层与纤维及基体之间的弱相互作用很大程度上促进了纤维脱黏和拔出,从而促进CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料韧化所需的渐进破坏机制。      

Ti3SiC2/Cu复合材料的制备与摩擦磨损性能

以Ti₃SiC₂陶瓷粉和Cu粉作为原料,采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备Ti₃SiC₂/Cu块体复合材料,研究不同Ti₃SiC₂添加含量及烧结温度对Ti₃SiC₂/Cu复合材料的组织、致密度和显微硬度的影响,研究SPS后Ti₃SiC₂/Cu复合材料的摩擦磨损性能。研究表明:采用SPS工艺制备的Ti₃SiC₂/Cu复合材料的Ti₃SiC₂在Cu中分布均匀,但随着Ti₃SiC₂含量的增加和烧结温度的升高,组织中出现团聚趋势,部分Ti₃SiC₂与Cu在界面处发生互溶现象,互溶增强了Ti₃SiC₂与基体的结合能力;Ti₃SiC₂含量和烧结温度对Ti₃SiC₂/Cu复合材料的致密度和显微硬度影响较大,当烧结温度为900℃时,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的致密度达到99.7%,接近完全致密,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的硬度较纯Cu提高了2倍左右;对于不同Ti₃SiC₂含量的Ti₃SiC₂/Cu复合材料的磨损机制也有所差异,当Ti₃SiC₂含量较低时(1vol%~5vol%),磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损;随着Ti₃SiC₂含量的增加(10vol%~15vol%),Ti₃SiC₂发挥了本身的自润滑性,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的摩擦磨损性能有所改善,磨损机制转为犁削磨损和轻微黏着磨损;当Ti₃SiC₂含量增加到20vol%时,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的磨损表面变得均匀而平整,表明Ti₃SiC₂/Cu复合材料的耐磨性提高。      

三维网络Al2O3增强球墨铸铁基复合材料摩擦磨损性能

采用SRV摩擦磨损试验机研究了球墨铸铁及三维网络Al₂O₃增强球墨铸铁基复合材料的干摩擦磨损性能, 测量了球墨铸铁和复合材料在不同摩擦频率及载荷下的摩擦系数和磨损率; 用扫描电镜观察磨损表面形貌, 并分析了三维网络Al₂O₃对复合材料磨损机制的影响。结果表明: 陶瓷与金属基体之间具有良好界面结合的三维网络Al₂O₃/球墨鋳铁复合材料, 其摩擦系数随载荷和摩擦频率的变化保持稳定; 复合材料的耐磨性能远优于球墨铸铁, 而且随着摩擦频率和载荷的增加, 复合材料的抗磨损性能明显提高。这是由于复合材料中陶瓷与金属相之间三维空间结构和良好的界面结合有利于摩擦载荷的传递; 金属基体中的石墨减摩作用保持摩擦系数的稳定; 三维陶瓷骨架在磨损表面形成硬的微突体并起承载作用, 制约了基体的塑性变形和高温软化, 有利于磨损表面氧化膜的留存。     

Bi2O3助熔剂对CaO-B2O3-SiO2/Al2O3玻璃陶瓷复合材料性能的影响

以CaO-B₂O₃-SiO₂(CBS)玻璃粉体和Al₂O₃陶瓷粉体为原料,通过在CBS与Al₂O₃的质量比固定为50:50的玻璃-陶瓷复合材料中添加适量的Bi₂O₃作为烧结助熔剂,探讨了Bi₂O₃助熔剂对CBS/Al₂O₃复合材料的烧结性能、介电性能、抗弯强度和热膨胀系数的影响规律.研究表明:Bi₂O₃助熔剂能通过降低CBS玻璃的转变温度和黏度促进CBS/Al₂O₃复合材料的致密化进程,于880 ℃下烧结即能获得结构较致密、气孔较少的CBS/Al₂O₃复合材料.然而,过量添加Bi₂O₃将使玻璃的黏度过低,从而恶化CBS/Al₂O₃复合材料的烧结性能、介电性能及抗弯强度.当Bi₂O₃的添加量为CBS/Al₂O₃复合材料的1.5wt%时,于880 ℃下烧结即能获得最为致密的CBS/Al₂O₃复合材料,密度为2.82 g·cm^-3,这一材料具有良好的介电性能(介电常数为7.21,介电损耗为1.06×10^-3),抗弯强度为190.34 MPa,0~300 ℃的热膨胀系数为3.52×10^-6 K^-1.     

原位合成TiB2颗粒增强铝基复合材料研究进展

原位合成技术制备的铝基复合材料,权衡了强度和塑性间的矛盾,有望实现铝基复合材料的结构功能一体化。原位合成TiB₂颗粒增强铝基复合材料比刚度,比模量高,具有优异的力学性能、耐腐蚀性能、耐磨性能和抗疲劳性能,是近年来金属基复合材料的研究热点之一,在汽车制造、高铁动车、航空航天和国防军事等领域具有广阔的应用前景。归纳了三种原位合成TiB₂颗粒增强铝基复合材料反应体系(Al-K₂TiF₆-KBF₄体系、Al-TiO₂-B₂O₃体系和Al-Ti-B体系)的特点和优势,概述了原位合成TiB₂颗粒对铝基体晶粒尺寸、界面结合和润湿性产生影响的研究现状,对TiB₂颗粒强化铝复合材料力学性能的作用机制展开了讨论,梳理总结现阶段在此领域研究过程中仍未解决的问题,展望TiB₂颗粒增强铝基复合材料的潜在发展空间,以期为研究和开发原位合成颗粒增强铝基复合材料提供参考。     

ZrW2O8 / ZrO2 可控热膨胀复合材料的制备

采用分步加热固相法成功制备了纯度较高的各向同性负热膨胀材料ZrW₂O₈ 。将ZrW₂O₈ 与ZrO₂ 按一定比例混合, 在1200 ℃烧结24 h 制备了热膨胀系数可控的ZrW₂O₈ / ZrO₂ 复合材料。研究结果表明, 通过改变ZrW₂O₈ 的体积分数, ZrW₂O₈ / ZrO₂ 复合材料的热膨胀系数可以控制为负、正或零。当ZrW₂O₈ 的体积分数为37 %时, 复合材料的热膨胀系数接近零。为了得到致密的ZrW₂O₈ / ZrO₂ 复合陶瓷, 采用Al₂O₃ 作为烧结剂, 取得了较好的效果。0. 35 wt % Al₂O₃ 的加入可以在不影响复合材料热膨胀性能的前提下, 显著提高复合材料的致密度。      

界面反应对Cu35Ni25Co25Cr15多主元合金/金刚石复合材料磨损性能的影响

金刚石超硬磨具在高端芯片加工、3C陶瓷等领域发挥的作用日益重要,粘结相与金刚石的界面结合情况在很大程度上影响了金刚石超硬复合材料的力学和磨损性能。为了研究粘结相和金刚石的界面结合情况,采用放电等离子烧结方法制备了Cu₃₅Ni₂₅Co₂₅Cr₁₅多主元合金/金刚石复合材料,通过热力学计算和实验研究了粘结相和金刚石颗粒的界面反应。结果表明：烧结过程中,金属粘结相中的Cr元素与金刚石在界面处发生了化学反应,生成Cr-C化合物,且Cr-C化合物层的厚度随着烧结温度的升高而增加。当烧结温度达到950℃时,Cr-C化合物反应层均匀连续,厚度大约为1.1μm。复合材料粘结相与金刚石颗粒的粘结系数随着Cr-C化合物层厚度的增加而增大。摩擦磨损测试表明,在900℃和950℃烧结的样品表面,粘结相在摩擦过程中首先被磨除,金刚石随后露出,而Cr-C界面反应层有助于保持对金刚石颗粒的把持能力,提高复合材料的磨削性能。因此,适当的界面反应可提升金刚石复合材料的服役性能。     

Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料在Al液中的熔蚀-磨损行为及其交互作用机制

通过对比分析Ti₃AlC₂-Al₂O₃/TiAl₃复合材料在纯腐蚀、纯磨损及熔蚀-磨损三种条件下的材料流失特征,研究了Ti₃AlC₂-Al₂O₃/TiAl₃复合材料在Al液中的熔蚀-磨损行为及熔蚀与磨损的交互作用机制。结果表明,Ti₃AlC₂-Al₂O₃/TiAl₃复合材料在Al液中的熔蚀-磨损体积损失比H13钢的体积损失低了两个数量级,随着载荷和转速的上升,Ti₃AlC₂-Al₂O₃/TiAl₃复合材料的磨损由磨粒磨损逐渐向黏着磨损转变。Ti₃AlC₂-Al₂O₃/TiAl₃复合材料的熔蚀、磨损交互作用率的最大值为47.5%,在低载荷或低转速条件下由于铝熔体的润滑作用,Ti₃AlC₂-Al₂O₃/TiAl₃复合材料甚至表现出负的交互作用。这一方面是由于Ti₃AlC₂-Al₂O₃/TiAl₃复合材料在Al液中腐蚀时不生成其它界面产物,而仅为极少量Ti元素的溶解;另一方面则是由于TiAl₃基体与Al₂O₃二者所形成的空间网络状结构改善了Ti₃AlC₂-Al₂O₃/TiAl₃复合材料在Al液中的耐磨损性能。      

Abrasive wear of Al2O3-reinforced aluminium-based MMCs

The effects of volume fraction, Al₂O₃ particle size and effects of porosity in the composites on the abrasive wear resistance of compo-casting Al alloy MMCs have been studied for different abrasive conditions. It was seen that porosity in the composites is proportional to particle content. In addition, process variables like the stirring speed, and the position and diameter of the stirrer affect of the porosity content in a way similar to that observed for particle content. In addition, the abrasive wear rates of composites decreased more rapidly with increase in Al₂O₃ volume fraction in tests performed over 80 grade SiC abrasive paper than in tests conducted over 220 grade SiC abrasive paper. Furthermore, the wear rates decreased with increase in Al₂O₃ size for the composites containing the same amount of Al₂O₃. Hence, it is deduced that aluminium alloy composites reinforced with larger Al₂O₃ particles are more effective against abrasive wear than those reinforced with smaller Al₂O₃ particles. At the same time the results show that the beneficial effects of hard Al₂O₃ particles on wear resistance far surpassed that of the sintered porosity in the compocasting metal-matrix composites (MMCs). Nevertheless, the fabrication of composites containing soft particles such as graphite favors a reduction in the friction coefficient. For this reason graphite and copper were used in the matrix in different amounts to detect their effect on wear resistance. Finally, it was seen that wear rate of the composites decreased considerably with graphite additions.     

Wear characteristics of TiC reinforced cast iron composites Part 2 – Abrasive wear

Abstract

The presence of carbide particles in metal matrix composites improves abrasive wear resistance properties. Abrasive wear characteristics of TiC reinforced cast iron composites have been investigated. The TiC particle size and distribution influence the wear properties of the composites. TiC reinforced cast iron composites possess better wear resistance properties than those of chromium cast irons with and without nitrogen.     

WC颗粒增强铁基复合材料的性能研究

通过离心法制备了外径290mm,内径130mm,高72mm,WCp/Fe-C复合材料工作层厚度25～30mm的厚壁环形试样.通过光镜、扫描电镜和性能试验设备研究了两种不同WCp体积分数WCp/Fe-C复合材料的力学性能、耐磨损性能和抗热疲劳性能,并与硬质合金和高铬铸铁进行比较.结果表明WCp体积分数在80%和65%左右的两种WCp/Fe-C复合材料,其抗拉强度达到了320和348MPa,冲击韧性均＞4J/cm^2,硬度为HRC63.5和HRC61.5.20和40N载荷下的耐磨性分别达到208.33、90.91和127.06、57.14,抗热疲劳性能优良.与硬质合金和高铬铸铁相比,WCp/Fe-C复合材料的冲击韧性、抗热疲劳性能以及20和40N载荷下的耐磨性均有大幅度提高.     

VN-Ag-MoO3复合材料的制备及宽温域摩擦学行为

利用真空热压烧结技术制备了VN-Ag-MoO₃复合材料,研究了Ag₂MoO₄对VN基复合材料组织结构及宽温域摩擦磨损性能的影响。结果表明:VN-Ag-MoO₃复合材料组织较致密,主要由VN、MoO₃和Ag组成,其中均匀分布于VN基体的MoO₃和Ag由Ag₂MoO₄经高温分解形成。宽温域摩擦磨损测试表明,Ag₂MoO₄的添加有效改善了室温(RT)~700℃温域范围VN陶瓷的摩擦磨损性能。其中,700℃时Ag₂MoO₄含量为10wt%的VN-10Ag-MoO₃的摩擦系数(0.285)和磨损率(1.37×10?5 mm3/(N·m))分别较VN降低了23%和72%,这归因于磨损表面的氧化钒、钒酸银和钼酸银等高温润滑相起到了优异的润滑及减磨作用。