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《中南大学》 2008年
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粉浆浇注制备Fe基梯度复合材料的研究

邹仕民  
【摘要】: 以Fe、WC、Cu粉为原料,采用粉浆浇注-熔渗法制备Fe-Cu-WC复合材料。采用平均粒度为4μm的羰基Fe粉、-325目的水雾化Fe粉和0.6μm的超细Fe粉,以及相互之间按照一定比例组成的混合Fe粉分别浇注。考察了球磨时间、浆料pH值、表面活性剂种类与含量以及采用混合铁粉料浆对Fe/WC粉浆流动性的影响以及Fe粉种类,粒度组成以及预烧工艺对Fe-WC坯体孔隙度的影响;确定了最佳的模具膏水比范围和熔渗工艺;研究了粉末装载量、粉末粒度与粒度组成、加入(NaPO_3)_6以及石膏模具膏水比对WC成分梯度形成的影响,探索了Fe-WC浆料中各组元的沉降特性以及WC成分在浇注方向上的梯度形成机理。利用浇注方向上等距离位置硬度的变化,定性地研究了WC的分布,并用金相结果进行了佐证。 结果表明球磨时间为24h,浆料pH值为11,同时加入0.5%的六偏磷酸钠时,粉浆具有最好的流动性。加入雾化Fe粉能显著改善浆料流动性。 混合Fe粉试样生坯密度较羰基Fe粉试样高。其中,加入雾化铁粉提高幅度最大。羰基Fe粉浆料中,若加入较粗的雾化Fe粉,最佳粗细Fe粉质量比为50:50;若加入超细Fe粉,最佳的粗细Fe粉质量比为60:40。纯羰基Fe粉、加入超细Fe粉和加入雾化Fe粉试样坯体密度分别在装载量为75%、70%和80%时达到最大值。最佳的熔渗工艺为是熔渗温度为1150℃,熔滲时间为15min。 粉浆浇注过程梯度特性是粉末装载量、原料粉末粒度以及粒度组成、石膏模具膏水比综合作用的结果,其形成与重力场的沉降作用与毛细管力引起的细颗粒堵塞效应有关;揭示了细颗粒堵塞效应的本质是沉降的第一阶段各颗粒沉降速度的不同;沉降的第二阶段各颗粒最终沉降速度的差异是制备单调递增梯度特性的必要条件;提出了综合沉降因子的概念,对设计浆料原料粉末搭配具有良好的指导作用; 无机表面活性剂(NaPO_3)_6的添加不利于WC梯度的形成。粉浆浇注-熔渗法制备的Fe基复合材料中WC成分在浇注方向上递增梯度的形成与原料粉末搭配有关。若浆料组成为羰基Fe粉/WC(7μm,模具底部膏水比不能大于1.15,粉末装载量不能低于75%;若浆料组成为超细Fe粉/WC(7μm),模具底部膏水比不能大于1.15,粉末装载量不能低于80%;若浆料组成为雾化Fe粉/WC(7μm),模具膏水比在正常范围内都能制备梯度材料;若采用处于最佳质量比的混合Fe粉浆料,则必须适当降低模具膏水比或提高粉末装载量。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TB33

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