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Fe-N粉体在Fe-Cu-C系粉末冶金材料中的应用研究

唐唯  
【摘要】:本文以还原铁粉为原料,经气体渗氮工艺制备氮化铁;以Fe-N-0.4%石墨-4%Cu为配比通过球墨混粉、模压成型和炭或氮保护气氛烧结制备Fe-Cu-C系材料。通过金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射、振动样品磁强计和中性盐雾实验分别表征氮化铁粉的显微组织、微观形貌、成分、磁学性能和耐蚀性能。通过金相显微组织分析表征制备工艺对Fe-Cu-C系材料显微组织的影响;通过X射线衍射分析表征制备工艺对Fe-Cu-C系材料成分的影响;通过密度和孔隙度分析表征制备工艺对Fe-Cu-C系材料密度和孔隙率的影响;通过维氏硬度的分析表征制备工艺对Fe-Cu-C系材料显微硬度的影响;通过摩擦磨损实验表征了制备工艺对Fe-Cu-C系材料耐磨性的影响。实验结果表明,Fe-N粉是由以Fe2-3N为主的ε相,其显微组织为亮白色基体+黑色点状物;气体渗氮处理后的粉末表面形成了大量细小的蜂窝状孔洞;Fe-N粉末的饱和磁化强度为52.33 emu/g,是软磁材料;Fe-N粉末具有良好的耐蚀性,盐雾腐蚀实验中腐蚀速率出现极值;腐蚀6h后氮化铁的腐蚀增重仅为还原铁粉的0.085倍。Fe-N-Cu-C压胚在烧结中发生脱氮反应后得到Fe-Cu-C系合金,其成分主要为a-Fe,基体组织为块状铁素体+片层状珠光体+点状孔隙;经炭和氮保护气氛烧结的Fe(N)-Cu-C材料的维氏硬度HVo.05分别为307.9和355.4,均高于同种工艺下以还原铁粉为原料烧结的材料;以Fe-N为原料烧结的Fe(N)-Cu-C材料孔隙率较同等条件下以还原铁粉为原料烧结的Fe-Cu-C材料高,密度低;以Fe-N为原料烧结的Fe(N)-Cu-C系材料在低载荷滑动干摩擦中为黏着磨损和磨粒磨损的综合作用,其质量磨损量、体积磨损率、表面粗糙度和摩擦系数均低于同等条件下以还原铁粉为原料制备的Fe-Cu-C系材料,说明其具有良好的耐磨性。与还原铁粉相比,Fe-N粉末具有耐蚀性好、成本低等优点,有利于在工业生产中实现长时间储存和大规模生产;以其为原料制备的Fe(N)-Cu-C系材料具有密度低、硬度高、耐磨性能好等特点,能替代还原铁粉作为部分铁基合金的原料,在生产中应用和推广。


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