颗粒体积分数对Al2O3/钢基复合材料高温抗磨性的影响

在前期研究工作的基础上,着重讨论了不同颗粒体积分数对Al₂O₃/钢基复合材料900 ℃下高温磨料磨损抗力的影响。结果表明:适当的颗粒体积分数(39 %左右)的复合材料因颗粒对基体保护好,起主要抗磨作用,因而高温抗磨性较好;较高或较低颗粒体积分数的复合材料因颗粒脱落或基体磨损严重使得其高温抗磨性较低。      

Al2O3颗粒增强共晶铝锰基复合材料的腐蚀磨损性能

选择铝锰共晶合金及其复合材料作为研究对象,用XRD,SEM,EDS分析试样。首先分析了试样的金相组织,再分析了它们在三种摩擦条件下的磨损失重、摩擦因数及磨痕形貌,最后分析其耐冲蚀性能。结果表明:Al2O3颗粒的加入改变了铝锰化合物的形态;试样在仅有腐蚀液条件下的磨损量和摩擦因数最大,在有腐蚀液加磨粒条件下次之,在干摩擦条件下最小;从磨痕形貌可知在仅有腐蚀液条件比在腐蚀液磨粒条件有更多的凹坑,在腐蚀液磨粒条件比干摩擦条件有更深的犁沟。在7m/s冲蚀速度下,冲蚀试样的磨损率随磨粒粒径的增大呈先增大后减小的趋势;在3.5m/s下,磨损率随磨粒粒径的增大而逐渐减小,合金在0.15～0.212mm粒径下实验后出现"增重"现象。     

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。     

Al2O3颗粒对Al2O3p/Al复合材料时效析出的影响

本文通过采用硬度测量,差热分析及透射电镜综合研究了Al₂O₃p/6061复合材料在时效过程中的析出变化。结果表明,在Al₂O₃p/6061时效过程中,峰时效的主要强化相是β'相,并且以160℃,8小时时效的效果为最佳。     

温度对Al2O3/ZrB2/ZrO2复合材料摩擦磨损特性的影响

采用UMT-2多功能摩擦实验机,研究了温度对Al2O3/ZrB2/ZrO2复合刀具材料摩擦磨损性能的影响,并分别使用白光干涉仪和扫描电镜分析实验后磨痕的轮廓和微观形貌。结果表明,常温摩擦时,随着ZrB2/ZrO2含量的增加,AZ系列自润滑陶瓷材料与硬质合金对摩时的摩擦系数逐渐降低。高温摩擦时,随着环境温度的提高,表面摩擦温度不断上升,生成的润滑膜有助于使摩擦系数和磨损率下降。     

WCP NiCrBSi/耐热钢复合材料的界面特性及其高温磨损性能

利用真空熔烧工艺制备了WC_P-NiCrBSi/耐热钢复合材料,棒状增强相WC_P-NiCrBSi均匀分布于基体表层,实现了复合材料的"硬韧匹配"。利用SEM、EDS和显微硬度等手段,对复合材料增强相和界面的微观组织结构进行了表征。在环-盘式试验机上对复合材料的高温磨损性能进行了研究,并与基体材料进行对比。结果表明,增强相WC_P分布均匀,NiCrBSi合金在凝固过程中生成了γ-Ni(Ni₃Si)、Ni-B、Cr-B 和多元共晶物相。复合材料的增强相与基体之间为良好冶金结合,没有裂纹、气孔等缺陷。由于界面元素的互扩散,在增强相一侧发生了等温凝固,生成了γ-Ni固溶体层; 在基体一侧的扩散影响区内弥散析出了大量的Fe-Cr-B化合物。在室温至600℃温度范围内复合材料的耐磨性都优于基体材料,复合材料的耐磨性优势在室温下最大,并随着温度的升高而逐渐减小。室温下,由于WC_P凸出于磨损表面阻止了金属材料之间的直接接触,复合材料的磨损机制为轻微粘着磨损。在300℃和600℃下,由于磨损表面氧化物膜的形成,WC_P-NiCrBSi/耐热钢复合材料的磨损机制转变为轻微氧化磨损。     

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。     

20vol%体积分数纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料的高温压缩性能

为提高铝基材料的高温力学性能以满足其在573 K以上用于航空航天装备结构件的性能需求,采用高能球磨结合真空热压烧结工艺制备了体积分数高达20vol%的纳米Al₂O₃颗粒(146 nm)增强铝基复合材料,对其微观结构和高温压缩性能进行了研究。结果表明：纳米Al₂O₃颗粒均匀分散于超细晶铝基体中,且复合材料完全致密;该复合材料具有优异的高温压缩性能：应变速率为0.001/s时,473 K时压缩强度高达380 MPa,即使673 K时依然高达250 MPa,比其他传统铝基材料提高至少1倍;通过对其流变应力进行基于热激活的本构模型拟合可以发现,该复合材料具有高的应力指数(30)和表观激活能(204.02 kJ/mol)。这是由于高体积分数纳米颗粒能够有效钉扎晶界,并与铝基体形成热稳定的界面结合,显著提高复合材料的组织热稳定性,而且在变形过程中与晶界有效阻碍位错运动,显著提高复合材料的热变形门槛应力(在473～673 K时为190.6～328.4 MPa),其热变形过程可以由亚结构不变模型进行解释。     

铝合金/Al2O3-SiO2颗粒复合材料的试制和性能

本研究采用压力铸造法,把Al₂O₃-SiO₂颗粒与铝合金进行复合,并就所得到的复合材料与ZL108合金就磨损、拉伸等进行对比试验。试验结果表明:该复合材料不管在常温或高温(400℃)下其耐磨性(与zL108合金相比)提高十倍以上,而高温强度提高一倍以上。但在带有疲劳破坏的磨损中,其耐磨性提高不明显,而且对对磨材料还有加速磨损的缺点。     

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。     

电沉积Co-Ni-Al2O3复合镀层微观结构及高温性能

在氨基磺酸盐电解液中,利用复合电沉积技术制备得到了Co-Ni合金基中弥散分布Al₂O₃颗粒的金属基复合镀层。通过SEM,AFM以及XRD等分析测试方法,研究了Co-Ni-Al₂O₃复合镀层的表面形貌和微观晶体结构。结果发现:Co-Ni-Al₂O₃的表面形貌和微观晶体结构主要受镀层中钴含量的影响。高钴含量复合镀层具有Hcp结构,其表面形貌比具有Fcc结构的低钴含量镀层的表面更加均匀细致。Al₂O₃颗粒在Co-Ni合金中的共沉积,没有改变合金固溶体的相组成,但却改变了各晶面的优势生长。通过研究复合镀层的硬度、高温耐磨性、高温抗氧化性、热膨胀系数和热导率表明:Co-Ni-Al₂O₃具有较好的高温耐磨性和高温抗氧化能力,并且高钴含量的复合镀层相对于低钴镀层具有较低的热膨胀系数和较高的热导率。      

Al2O3 / 3Y-TZP 层状复合材料的制备及其超塑性能

采用流延制膜和热压烧结工艺制备了Al₂O₃ / 3 Y-TZP 层状复合材料。用SEM 观察显微组织, 并采用高温深拉实验对该材料进行了超塑性能研究。结果表明: 1550 ℃热压烧结制备的材料晶粒细小, 界面结合良好;当应变速率一定时, 变形温度对Al₂O₃ / 3Y-TZP 层状复合材料的超塑性能具有重要影响, 1500 ℃时得到深拉成形最大高度, 温度较高和较低时超塑性能均会降低。      

Al2O3/6-6-3青铜复合材料的制备及性能

采用粉末冶金法制备出Al₂O₃/青铜复合材料, 研究了烧结温度、Al₂O₃颗粒尺寸、含量及表面状态对复合材料性能的影响。结果表明, 采用二次压制与烧结工艺制备的复合材料的组织致密,Al₂O₃颗粒分布均匀, 综合性能优于6-6-3青铜材料。Al₂O₃颗粒的化学包覆处理可以使复合材料的性能进一步提高。      

Al2O3/TiC 复合陶瓷高温弯曲强度与弯曲切口强度研究

研究了Al₂O₃/TiC 复合陶瓷的高温弯曲断裂强度和弯曲切口强度。实验结果表明, 该材料在600℃以下, 弯曲强度基本没有变化, 800℃时弯曲强度开始下降。600℃弯曲切口强度与室温切口强度变化规律相同, 可以由室温弯曲切口强度关系式预测。800℃时切口敏感性降低, 弯曲切口强度与室温下切口强度的变化规律不同。另外, 对弯曲强度试样结果进行统计处理, 分析表明该陶瓷材料的室温和高温弯曲强度和弯曲切口强度均符合W eibull 分布; 相同温度的弯曲强度与切口强度的W eibull 模数基本相同; 高温弯曲切口强度分散性均小于室温弯曲切口强度分散性。该结果为陶瓷构件在高温下的安全可靠性设计提供了指导。      

燃烧合成ZrB2 / Al2O3 复合粉体及其界面分析

采用燃烧还原合成技术, 以还原体系(B₂O₃ + ZrO2 + Al) 为反应体系制备了ZrB₂ / Al₂O₃ 复合粉体。利用X射线衍射(XRD) 、X 射线光电子能谱(XPS) 和透射电镜( TEM、HRTEM) 对复合粉体的物相组成、化学组成及界面结构进行了表征分析。结果表明, 复合粉体中存在Zr 、B、Al 和O 元素且它们分别以ZrB₂ 和Al₂O₃ 为主要存在形式, ZrB₂ 和Al₂O₃ 为复合粉体的主晶相。复合粉体中有少量ZrO2 的存在, 分析认为是合成反应过程中未参加反应的ZrO2 。ZrB₂ 和Al₂O₃ 颗粒间形成了结合良好的界面, 这主要与ZrB₂ 的结晶过程有关。      

Al2O3颗粒粒径和含量对α-Al2O3/Cu复合镀层性能的影响

本文研究了复合电沉积法制备的α-Al₂O₃/Cu 复合材料的性能和磨损特征, 测定了Al₂O₃粒径在0. 5～ 5Lm, 含量在4～ 16% 时Al₂O₃/Cu 复合镀层的硬度和磨损率, 用扫描电镜对磨损形貌进行了分析, 并对其磨损机制进行了探讨。结果表明, 镀层中硬度随Al₂O₃含量增加呈线性增长, 且含大颗粒Al₂O₃镀层的硬度略高于小颗粒镀层,Al₂O₃颗粒含量和粒径大小对磨损率和磨损机制有显著影响。     

Fe3Al/Al2O3复合材料制备工艺研究

探索了一种新型复合材料的熔渗烧结制备工艺, 它不仅是新工艺的探索, 更重要的是为这种新型材料的无压烧结和开发利用进行了有益的探索。实验表明, 熔渗烧结法是一种可行的复合材料制备方法。