ZTA/高铬铸铁基复合材料的制备及磨损性能研究

将粒径为2～3 mm的ZTA(ZrO2增韧Al2O3)陶瓷颗粒与自制粘结剂经混合烧结后,获得蜂巢状陶瓷预制体,浇注金属液铸渗陶瓷预制体,成功制备出ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基耐磨复合材料,并考察了复合材料的三体磨料磨损性能.结果表明,复合材料中陶瓷颗粒的体积分数为47％～55％;陶瓷颗粒与基体界面致密,无缩孔、裂纹等缺陷;复合材料的三体磨料磨损性能是高铬铸铁基体的2.41倍.     

颗粒增强高铬铸铁基复合材料的制备、组织与性能

将粒径为1～3 mm的ZTA(ZrO2增韧Al2O3)陶瓷颗粒与自制粘结剂均匀混合后填充到具有蜂窝状内腔的模具中固化后获得蜂窝状多孔陶瓷预制体,浇注高铬铸铁金属液铸渗陶瓷预制体成功制备出ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基耐磨复合材料,并考察了复合材料的三体磨料磨损性能.结果表明:复合材料中陶瓷颗粒的体积分数为48％～58％;陶瓷颗粒与基体界面致密,无缩孔、裂纹等缺陷;经热处理后复合材料的耐三体磨料磨损性能是工程中常用的Cr20高铬铸铁的5.9倍.     

ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料制备及磨损性能研究

将粒度为-10+16目的 ZTA(Zr O2增韧Al2O3)颗粒表面进行合金化处理后,与自制粘结剂按照一定的比例混合、成型、烧结,获得蜂窝状陶瓷预制件;然后,浇注高铬铸铁铸渗预制件,制备出ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料。结果表明,复合材料中ZTA陶瓷颗粒与高铬铸铁基体界面结合致密,无气孔、夹杂、裂纹等缺陷;在环块三体磨料磨损条件下,复合材料耐磨性能为高铬铸铁基材的4.85倍。将该材料制备的陶瓷金属复合磨辊及衬板投入电厂使用,用户反应良好。     

ZTA陶瓷/高铬铸铁复合材料浸渗组织及机理

以高铬铸铁为金属基体,添加Ti粉的ZTA陶瓷颗粒为增强体,采用无压浸渗方法制备了ZTA陶瓷/高铬铸铁复合材料。采用SEM、EDS、XRD等试验方法分析了该复合材料的成分分布和组织结构。结果表明,高铬铸铁熔体能够浸渗到Ti含量为5%的ZTA预制体中,并在复合材料中均匀分布;预制体中的Ti颗粒与合金中的Cr元素对浸渗有促进作用;高铬铸铁合金与陶瓷结合界面处存在FeAl_2O_4、FeTiO_5和AlCrO_3相。     

ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料界面研究

以自制Fe-Ti金属粘结剂和ZTA(氧化锆增韧氧化铝)陶瓷颗粒为原料,采用粉末冶金工艺制备多孔陶瓷预制体,并浇注高铬铸铁制备ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料。使用OM、SEM、XRD等分析手段研究预制体和复合材料的复合界面行为。结果表明,Ti含量15%的粘结剂/ZTA复合界面结合优于Ti含量10%的粘结剂/ZTA复合界面。烧结过程中Ti、O、Zr元素扩散到复合界面微区反应形成致密、连续的Ti O_x过渡层,实现ZTA活化包覆。粘结剂与ZTA结合机制为机械结合与反应冶金结合。Ti含量15%的粘结剂制备的预制体具有一定强度和抗热冲击性能,在高铬铸铁液铸渗情况下能保持结构和尺寸,基体与ZTA结合界面致密,无空隙、孔洞缺陷,Ti O_x过渡层分布于界面处起到活化、改善界面结合的作用。     

铸造烧结工艺对ZTA陶瓷力学性能和三体磨损性能的影响

铸造烧结法制备ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料工艺过程中,ZTA陶瓷增强体的性能演变直接关系到复合材料的综合性能。本文研究了铸造烧结工艺对ZTA陶瓷组分和力学性能的影响,对比了热处理态ZTA陶瓷与高铬铸铁的三体磨损性能。结果表明:铸造烧结各工艺段,ZTA陶瓷都由t-ZrO_2相、α-Al_2O_3相和少量m-ZrO_2相组成,铸造烧结工艺对ZTA陶瓷密度影响较小,但对抗弯强度和硬度的影响较大;热处理态ZTA陶瓷硬度是高铬铸铁的2.65倍,三体磨料磨损性能是高铬铸铁的1.52倍。     

颗粒增强钢基耐磨复合材料的制备、组织与性能

采用铸渗法成功制备出ZTA(ZrO2增韧A12O3)陶瓷颗粒增强合金钢基耐磨复合材料.制备方法:将陶瓷颗粒与自制粘结剂混合填充到具有一定型腔的模具中,加压凝固后获得多孔连通的陶瓷预制体;将预制体固定到铸型中,浇注合金钢,浇注温度1 500--1 560℃,金属液铸渗预制体获得局部复合的耐磨复合材料.结果表明:铸渗效果良好,陶瓷颗粒与合金钢基体界面结合紧密,无缩孔、裂纹等缺陷;陶瓷颗粒在复合材料中的体积分数为42％～56％;在三体磨料磨损条件下,ZTA/合金钢复合材料的抗三体磨料磨损性能是合金钢基体的4.37倍.     

煤矿工业用耐磨复合材料的制备与性能研究

针对采用整层复合的陶瓷增强铁基表层复合材料存在的复合层易开裂、剥落的问题,提出采用局域化增强结构的设计方案,制备了钴基硬质合金局域化增强高铬铸铁铁基表层复合材料,并对复合材料的组织、界面、磨损性能和磨损机理进行了研究。结果表明:该复合材料具有增韧效果较好,裂纹不易扩展,增强区域分布均匀等优点;钴基硬质合金/高铬铸铁复合材料相对耐磨性是基体材料的8.24倍,具有优异的耐磨性。随着磨损阶段的进行,复合材料的磨损率下降更为明显,反映了高硬度硬质合金在磨损后期充分发挥了抗磨作用。磨粒磨损过程中,复合材料组织中硬质合金增强区域凸出于高铬铸铁基体,且其间具有良好的冶金结合界面,因此增强体保护基体材料和基体材料支撑增强体的协同效应使复合材料具有了优越的耐磨性。     

陶瓷金属复合耐磨材料的制备、组织及性能

将颗粒粒径0.8~3mm的ZrO2增韧Al2O3陶瓷颗粒(ZTA)与自制粘结剂混合均匀后填充至消失模蜂窝状空隙中,采用真空负压一体浇注高铬铸铁金属液铸渗陶瓷颗粒,浇注温度1380~1450℃,制备了陶瓷金属复合耐磨材料。结果表明:ZTA颗粒由粒度0.8~1.2mm、1.8~2.2mm和2.6~3.0mm的颗粒按照1:3:1的体积比例均匀混合构成;ZTA与高铬金属基体界面结合紧密,无缩松、裂纹等缺陷,未因高温金属液体的冲刷发生溃散和漂移;陶瓷金属复合层厚度可达35mm;陶瓷金属复合耐磨材料的耐磨性是高铬铸铁材料耐磨性的2~6倍。     

浸渗法制备ZTA陶瓷/铁基复合材料研究进展

浸渗法制备ZTA陶瓷颗粒增强铁基复合材料的研究取得了很大进展。针对陶瓷预制体制备,铁水对陶瓷预制体的浸渗,陶瓷与铁水的润湿性,复合材料界面结合,复合材料耐磨性等方面的研究进行了论述。解决铁水对预制体的润湿性是实现浸渗的先决条件,常用的方法有在陶瓷预制体中添加活性元素,通过化学镀、气相沉积以及包覆等方法对陶瓷表面进行改性等;在陶瓷与金属基体间形成过渡层可以改善结合界面的组织结构,促进陶瓷与金属基体形成冶金结合;铁水对陶瓷预制体的浸渗机理,以及ZTA陶瓷复合材料的耐磨机理尚需要深入研究。     

Ti活化SiC/高铬铸铁复合材料组织结构及浸渗行为

采用氩气保护条件下无压浸渗工艺,在活性元素Ti的诱导下成功制备了SiC陶瓷/高铬铸铁复合材料,并采用SEM、XRD、EDS等方法进行试验分析。结果表明:SiC颗粒均匀分布在高铬铸铁基体中,两者界面结合良好。复合材料中检测到TiC、TiO、FeO等新相,其中TiC为主要生成物,与SiC颗粒及金属基体均形成紧密结合界面,是高铬铸铁浸渗SiC预制体的关键因素。随着Ti含量增加,高铬铸铁在预制体中的浸渗深度增加。Si元素与Ti的结合能力较弱而向金属基体的扩散较明显; Ti元素易团聚,扩散很微弱,扩散的C元素与Ti元素结合的倾向性较强,生成TiC;Cr元素向SiC颗粒的扩散明显。     

WC定位增强高铬铸铁复合材料的研究

采用粉末冶金技术与铸造技术相结合的方法,成功制备了原位合成的碳化钨颗粒定位增强高铬铸铁基复合材料,应用金相显微镜、XRD、EDS、SEM等研究了复合材料的组织、界面及抗三体磨损性能。研究结果表明:复合材料由WC颗粒、M7C3碳化物、马氏体及残余奥氏体组成,采用原位生成的碳化钨粒径为1～3μm,体积分数可达60%,碳化钨与基体的界面结合情况良好,复合材料的抗磨损性能是高铬铸铁的1.74倍。     

原位合成(Ti,W)C增强高铬铸铁复合材料的形成过程及三体磨损性能

通过原位生成法与铸造法相结合制备(Ti, W)C颗粒增强高铬铸铁复合材料,采用XRD、EDS、SEM等检测方法研究复合材料的反应过程、组织结构及抗三体磨损性能。研究结果表明:增强相(Ti, W)C的反应过程存在反应-融化-析出机制以及反应-固溶机制。(Ti, W)C颗粒与基体的界面为冶金结合。复合材料的抗磨损性能是其基体高铬铸铁的1.4倍,磨损机制为磨粒磨损-粘着磨损。     

预制块重熔法制备的SiC/Al复合材料的磨损性能研究

本文采用含高体积分数SiC颗粒预制体在高能超声搅拌下加入铝熔体的方法制备SiCP/Al复合材料,研究了复合材料的微观组织特征、硬度和摩擦磨损性能。实验结果表明：高能超声重熔预制块的方法制备的复合材料基体组织形态均匀细小,SiCP颗粒在复合材料中弥散分布,与基体间结合良好;随着SiCP颗粒体积分数的增加,复合材料的硬度上升,耐磨性显著提高。通过对复合材料磨损表面的SEM观察分析表明,在干摩擦条件下,复合材料的磨损机理为微切削磨损和表层剥落及部分粘着磨损的综合作用。     

Al_2O_(3p)/20Cr25Ni20复合材料的高温磨损性能

研究了挤压铸造法制备的Al2O3陶瓷颗粒增强20Cr25Ni20耐热钢基复合材料在500℃下的高温磨损性能,并和基体材料20Cr25Ni20及其他几种常用的辊环材料进行对比。结果表明,在比压为7.95MPa时,Al2O3p/20Cr25Ni20复合材料高温耐磨性是基体材料20Cr25Ni20的3.4倍,比Cr16高铬铸铁提高了46%,YG10硬质合金耐磨性最好,是复合材料的6.5倍。基体材料高温磨损后发生塑性流动,切削严重,复合材料中氧化铝陶瓷颗粒作为高温耐磨相发挥出良好的耐磨作用。     

定向分布的高铬铸铁棒增强高锰钢基复合材料

将直径为3.2 mm的高铬合金粉芯焊丝插入到高锰钢熔体中,制备出了定向分布的高铬铸铁棒增强高锰钢基复合材料。并利用光学显微镜、扫描电镜、XRD、显微硬度计以及三体磨粒磨损试验对淬火态的该复合材料进行分析和表征。结果表明,淬火后的复合材料由定向分布的高铬铸铁棒增强体和奥氏体高锰钢基体组成,增强体由奥氏体枝晶,以及残余奥氏体与M7C3碳化物的共晶体组成;增强体的硬度在1100～1280 HV0.1,为高锰钢基体硬度的4～5倍;将铸态的复合材料与高锰钢试样相比,淬火态的复合材料表现出较好的耐磨性。     

高铬铸铁棒／高锰钢复合材料的显微组织和耐磨性

通过将高铬合金粉药芯焊丝预制体插入到高锰钢熔体中,制备出高铬铸铁棒/高锰钢复合材料.利用OM、SEM、XRD、显微硬度以及三体磨损试验对复合材料的组织和耐磨性进行研究.结果表明:药芯焊丝中的高铬合金粉末,在高锰钢熔体热的影响下,没有远距离扩散,而是烧结成致密的高铬铸铁棒.随着高铬铸铁棒在复合材料中所占面积分数的增加,与对比试样比较,在低载荷下,耐磨性提高1.70～2.49倍,其耐磨性的提高取决于高铬铸铁棒的数量;在高载荷下,耐磨性提高1.38～1.86倍,其耐磨性的提高取决于高铬铸铁和高锰钢两种材料的共同作用.     

有序排列硬质合金颗粒增强铁基复合材料的研究

目的 研究有序排列硬质合金颗粒作为增强相对高铬铸铁组织与性能的影响。方法 采用对WC-Co硬质合金颗粒进行预先排布固定的方式,结合离心铸造制备了有序排列硬质合金颗粒增强高铬铸铁复合材料。通过相组成和显微组织的演变分析复合材料的形成过程,并对摩擦磨损性能进行研究。结果 制备的复合材料实现了硬质合金颗粒在基体上的有序排列及与基体的冶金结合。存在由颗粒表层熔解区和碳化物散布区构成的梯度过渡层,硬度也呈梯度变化,有利于降低应力集中。在载荷为100 N时,复合材料的体积磨损量相较于高铬铸铁降低了57.6%;载荷为150 N时,复合材料的体积磨损量相较于高铬铸铁降低了69.2%,硬质颗粒的有序排列可减缓磨粒磨损和剥层磨损。结论 通过对增强颗粒进行有序排列,可提高复合材料性能的可设计性,抑制了过度反应,并促进梯度过渡层的形成,同时还可减少硬质颗粒的用量,改善复合材料的韧性。有序排列硬质合金颗粒可以有效提高高铬铸铁的硬度和耐磨性。     

WC颗粒增强高铬铸铁基表面复合材料喷射口衬板的研制

采用负压铸渗法成功制备出WC颗粒增强高铬铸铁基表面复合材料喷射口衬板。考察了复合材料的三体磨料磨损性能及实际工况服役效果。结果表明 :颗粒的体积分数可达 5 2 % ,界面致密 ,组织中无夹渣、裂纹等缺陷。复合材料的耐三体磨料磨损性能是高铬铸铁的 5 .1倍 ,衬板的使用寿命是原来的 3.5倍     

Al_2O_3复相陶瓷/高铬铸铁复合材料磨粒磨损性能的研究

采用铸造镶嵌法制备了Al_2O_3复相陶瓷/高铬铸铁复合材料。利用化学气相沉积技术在陶瓷增强体表面形成Ti涂层,研究Ti涂层对复合材料形成,以及涂层、两种陶瓷增强体对复合材料磨粒磨损性能的影响。结果表明:陶瓷增强体表面的Ti涂层,可明显改善复合材料的界面结合;复合材料相对于高铬铸铁,耐磨性均得到较大的提高(约50%)。对同一种陶瓷增强体的复合材料来说,陶瓷增强体经过表面改性的复合材料耐磨性优于陶瓷增强体表面未改性的复合材料,耐磨性提高幅度大约为10%。