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自生Al_2O_3增强铁基复合材料的研制

周玉成  
【摘要】:Al_2O_3颗粒增强铜基、铝基、镁基和锌基复合材料近年来取得了较大进展,Al_2O_3颗粒增强铁基复合材料进展相对缓慢。改善Al_2O_3颗粒与铁基体的润湿性是研究的焦点。 本文以自制的氢氧化铝为前驱体加入铁粉中,利用原位自生的方法研究开发一种Al_2O_3颗粒强化铁基复合材料。 乙醇具有比水小得多的表面张力,可以有效地降低颗粒的团聚力,防止氢氧化铝烘干时发生团聚。本文采用乙醇作为反应介质,将硝酸铝溶入无水乙醇中形成溶液,然后缓慢滴入氨水中和,生成白色沉淀,经洗涤、过滤、烘干后得到氢氧化铝超细粉,经1200℃3小时煅烧,转化为α- Al_2O_3晶体。与以水为反应介质再用乙醇反复洗涤的方法相比,达到同样的效果可节省大量的乙醇。 将制得的超细氢氧化铝粉与铁粉按一定比例充分混合,经压制、烧结制得氧化铝颗粒增强铁基复合材料。本文研究了碳含量对烧结体组织的影响,结果表明:当碳含量为1.2%左右时,烧结体中未发现有Al_2O_3颗粒存在,而是氢氧化铝与铁在高温下反应生成的铁铝尖晶石,铁铝尖晶石是人工合成的一种新型高性能耐火材料,本次试验为人工合成铁铝尖晶石提供了一种新的方法。当碳含量提高到4%左右时,还原性气氛加强,烧结体中的铁铝尖晶石消失,氢氧化铝脱水后生成α- Al_2O_3颗粒。当Al_2O_3颗粒体积分数为10%时,可以看到大量的Al_2O_3颗粒分布于铁基体上,而当体积分数为20%时,铁基体上只能看到Al_2O_3颗粒脱落后留下的大量的坑。另外,为了与原位自生的方式作对比,采用直接添加法制备了一个含Al_2O_3颗粒10%的试样,结果表明,原位自生方式生成的氧化铝比直接添加方式的氧化铝与基体结合更好。 最后,本文还研究了烧结温度对Al_2O_3颗粒增强铁基复合材料的组织和性能的影响,随着烧结温度的降低,Al_2O_3颗粒与基体结合更好。当烧结温度为1050℃时,基体组织烧结不充分,试样的硬度偏低,耐磨性也最差。当烧结温度处于1100-1150℃时,试样具有较高的硬度,耐磨性最好,因为Al_2O_3颗粒与基体结合较好,能较有效地抵抗氧化铝砂纸的切削和划伤,当烧结温度超过1200℃后,虽然硬度高,Al_2O_3颗粒与铁基体结合较差,磨损时易发生脱落,耐磨性反有所下降。因此,在本试验条件下,最佳烧结温度为1100-1150℃。


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