煤炭输运装备用ZTAp-Fe材料腐蚀机理研究

井下环境差,由传统钢铁材料制造的井下煤炭输运装备的使用寿命较低。本文通过电化学试验、扫描电镜观察、能谱分析等方法,探究了粉末冶金法制备增强铁基复合材料(ZTAp-Fe)的耐腐蚀性能、微观组织结构以及元素分布之间的规律,揭示了ZTAp-Fe材料的耐腐蚀机理。结果表明,ZTAp-Fe材料中ZTAp与铁基体结合状态良好,界面为非冶金结合。铁基合金中引入20 % ZTAp,腐蚀速率由0.909 28 mm/a降至0.365 14 mm/a,电荷转移电阻(R_ct)由775.6 Ω·cm2提高到1 025.3 Ω·cm2。ZTAp的耐蚀性优于铁基体,界面处形成腐蚀产物有效抑制腐蚀介质对ZTAp和铁基体的进一步腐蚀。ZTAp增强铁基复合材料能够有效地提高煤炭输运装备的使用寿命。     

ZTAp-Fe复合材料复合铸造模拟及试验研究

煤矿综采设备的关键部件在设备工作过程中受磨损严重,导致设备失效带来较大的经济损失。新型耐磨复合材料拥有极好的耐磨性与强度,将其用于设备关键部件可以有效提高煤炭综采装备部件的使用寿命,从而降低煤炭开采过程中的成本,因此对新型耐磨复合材料的关键应用技术的研究具有重要实用价值。本文通过真空烧结技术制备了氧化锆增韧氧化铝颗粒增强铁基（ZTAp-Fe）复合材料,并对ZTApFe复合材料进行复合铸造,利用有限元数值模拟及试验的方法对界面进行了研究。结果表明：真空烧结过程中ZTAp没有与其他原材料发生化学反应生成新的物相。烧结后ZTAp受压应力,铁基体受拉应力,形成热膨胀位错强化。有限元数值模拟计算ZTAp-Fe复合材料表面温度的变化和内部温度场的分布情况表明ZTAp-Fe复合材料基体与覆层可以发生熔合。浇注温度为1650℃时进行复合铸造,ZTAp-Fe复合材料与覆层结合处界面结合良好,界面过渡层厚度约为10μm。ZTAp-Fe复合材料与覆层的界面处元素相互扩散,形成冶金结合。     

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。