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消失模铸造法制备多孔陶瓷/Fe基复合材料

刘靓  
【摘要】:“中国制造2025”自提出以来,我国机械工业、制造业发展随之蒸蒸日上,迅猛发展,对新型、高性能复合材料的需求更是日益迫切。陶瓷/金属基复合材料更是以其优异的耐磨性、耐高温性、耐腐蚀性成为众多新兴材料中的佼佼者。本文采用化学镀技术对陶瓷进行表面金属化处理,镀覆Ni-P镀层以改善金属液与陶瓷相的浸润性,并首次以消失模铸造技术制备多孔陶瓷/Fe基复合材料。该种生产工艺简单,生产周期短,成本低廉,可实现大规模的生产应用。利用SEM、XRD、维氏显微硬度计、万能式往复摩擦磨损仪等多种设备对复合材料的微观组织、界面形成机理、磨损形貌等进行一系列的观察研究。研究发现对化学镀液配方进行优化后,使镀液的镀覆速度稳定,镀覆效果均一。经检测Ni-P镀层得到的镀层中镍的含量为90.07wt.%,磷的含量为9.93wt.%。在1420℃高温下,镀层发生晶化反应形成胞状结构,更有利于界面的结合。高温下,陶瓷表面Ni-P镀层溶解在Fe液并扩散,形成高镍固溶体,由于界面处的温度以及元素含量的影响,造成了界面的三区化:靠近陶瓷相的金属反应渗透区(MPZ);过度I区:片状石墨聚集区(FAZ);过度II区:球状石墨聚集区(NAZ)。孔径为1-2mm、3-4mm、4-5mm的复合材料中,陶瓷分别所占铸件总体积的20.4%、17.2%、16.1%;平均密度分别为 6.40g/cm3、6.54g/cm3、6.57g/cm3;平均硬度分别为361.2HV、348.6HV、345.7HV。陶瓷体积比越大,密度越低,硬度越大。同等载荷下,复合材料的磨擦系数、磨损量均小于球铁基体,磨损面的磨损曲线相对基体材料较为光滑,粗糙度更低;加大载荷后复合材料的摩擦系数、磨损情况依然保持稳定。在摩擦磨损过程中,多孔陶瓷/Fe基复合材料的主要磨损机制为氧化磨损、黏着磨损、磨粒磨损。陶瓷作为复合材料中的增强相在磨损表面形成硬质突体承载磨损过程中的载荷,抑制金属基体的塑性形变。


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