蜂窝构型ZTAp增强铁基复合材料磨损性能研究*

作为煤矿开采中主要运煤装备，刮板输送机中板长期受到煤和矸石的磨损，造成装备损坏，降低设备使用寿命，影响煤矿开采效率。以ZTA颗粒(氧化锆增韧氧化铝颗粒，ZTAp)、铁基自熔合金粉末、高铬铸铁(HCCI)为原材料通过蜂窝预制体制备及浇铸工艺制备出蜂窝构型ZTAp增强铁基复合材料（ZTAp-HCCI复合材料）。采用扫描电子显微镜、X射线衍生仪、差热分析以及有限元理论模拟计算方法对ZTAp-HCCI复合材料组织形成过程进行研究，通过硬度实验、划伤实验及滑动磨损实验对材料耐磨性能进行表征。结果表明：ZTAp-HCCI复合材料中HCCI与ZTAp间未发生元素扩散，二者为机械结合；基体增强相为(Fe,Cr)7C3，在613 ℃时由Fe基体中固溶的C、Cr元素在晶界处形核析出。通过模拟计算表明，预制体在浇铸时为液相烧结，与HCCI形成冶金结合；通过划伤试验验证了ZTAp对于划痕的阻碍作用，同时证明HCCI对于ZTAp有良好的固定与承载作用。实验结果证明蜂窝构型ZTAp-HCCI复合材料耐磨性要远高于常用耐磨钢，其耐磨性能是铁基自熔合金的7倍。     

三维网络结构SiC-Fe复合材料制备及腐蚀性能研究*

传统钢铁材料难以满足深井开采严苛的腐蚀环境,亟需开发具有良好耐蚀性的新材料。SiC陶瓷具有优异的耐蚀性,因此探讨了以SiC为原材料的复合材料的制备及耐蚀性。以SiC、Al2O3、SiO2为原材料采用有机泡沫浸渍法制备出三维网络结构SiC陶瓷,并采用浇铸工艺制备三维网络结构SiC-Fe复合材料,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪等对SiC-Fe复合材料组织结构及物相进行分析,通过电化学试验、浸泡试验对SiC-Fe复合材料的耐蚀性进行表征,并分析其耐腐蚀机制。结果表明：SiC-Fe复合材料中SiC陶瓷增强体与高铬铸铁基体之间未发生元素扩散,界面结合方式为机械结合,基体中主要物相有奥氏体和碳化物,陶瓷增强体中主要为六方结构SiC和Al2O3;SiC陶瓷增强体的加入使高铬铸铁的腐蚀电流由4.189×10-3 A/cm2降至3.353×10-3 A/cm2,电荷转移电阻从7.309 Ω·cm2增大至11 881 Ω·cm2,电容值从1.994×10-4 F/cm2降至1.974×10-5 F/cm2,使整体的耐蚀性得到了提高。浸泡试验表明,SiC-Fe复合材料的腐蚀主要发生在高铬铸铁基体部分,界面及SiC陶瓷增强体处不易发生腐蚀;与纯高铬铸铁材料相比,SiC-Fe复合材料点蚀产生的时间较晚且腐蚀程度相对较轻。研究成果为复合材料在煤矿深井开采装备的应用提供重要理论依据。