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高性能Mo_2FeB_2基金属陶瓷制备技术及断裂韧性的研究

王秋红  
【摘要】:Mo_2FeB_2基金属陶瓷是一种综合性能优异的硬质材料,在耐磨、耐蚀和耐热等领域有着广阔的应用前景。本文运用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、透射电镜(TEM)等实验手段对Mo_2FeB_2基金属陶瓷的烧结工艺、热等静压处理工艺及其断裂韧性的影响因素和相应的增韧机制等内容进行了系统的研究,并对细晶粒Mo_2FeB_2基金属陶瓷的制备技术进行了初步的探索。 首先研究了烧结温度、保温时间、升温速度及烧结气氛对Mo_2FeB_2基金属陶瓷组织和性能的影响。结果表明,试样在液相点附近(1030℃-1080℃)以2℃/min的速度升温,经1250℃真空烧结40min,其各向收缩一致、组织相对均匀、综合力学性能相对较好。 研究了Mo_2FeB_2基金属陶瓷的热等静压处理工艺。结果表明,热等静压处理增加了金属陶瓷硬质相的颗粒尺寸,颗粒合并和溶解-析出机制是其颗粒尺寸增加的主要原因。经1130℃热等静压处理后,欠烧金属陶瓷的抗弯强度有所提高。 初步探索了普通两步法烧结和预粗化两步法烧结对Mo_2FeB_2基金属陶瓷组织和性能的影响。结果表明,普通两步法烧结制备的金属陶瓷尽管颗粒尺寸较小,但组织均匀性较差,因而其抗弯强度较低。预粗化两步法烧结不仅能细化颗粒,而且能进一步增加组织均匀性,金属陶瓷的综合力学性能显著提高。 对Mo_2FeB_2基金属陶瓷断裂韧性的影响因素及主要的增韧机制进行了研究。结果表明,金属陶瓷主要的增韧机制为粘结相导致的裂纹桥接增韧和硬质相颗粒导致的裂纹偏转增韧。影响金属陶瓷断裂韧性的主要因素依次是粘结相的组织、粘结相的含量以及硬质相颗粒尺寸。当金属陶瓷的粘结相为铁素体时,其断裂韧性最高,当粘结相中含有马氏体时,其断裂韧性明显下降。随着粘结相含量的减少,金属陶瓷的断裂韧性降低。在烧结工艺和粘结相含量及组织相同的条件下,Mo_2FeB_2硬质相颗粒的柱状生长可以促进裂纹偏转、裂纹桥接和颗粒拔出,从而提高金属陶瓷的断裂韧性。


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