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V-EPC制备自生TiC颗粒增强表面复合材料的组织及均匀性研究

羊浩  
【摘要】: 论文采用真空实型负压(V-EPC)铸渗工艺结合自蔓延(SHS)涂层技术,采用了Ti-C与Ti-C-Fe两种自蔓延反应体系制备出了自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料。研究了表面复合材料的制备工艺、表面质量、尺寸精度、复合层组织以及复合层的均匀性等内容。 通过对复合材料表面质量和尺寸精度的研究发现,在采用Ti-C体系预制块制备复合材料时,随着预制块致密度(50%~60%)的提高,复合材料表面质量也随之提高;但是,当预制块致密度超过60%时,复合材料表面质量急剧下降。保持预制块的致密度为55%,随着预制块中钢粉含量的增加(0%~20%),复合材料表面质量提高,尺寸精度也较高,在CT5~6级;当钢粉含量超过20%时,复合材料的表面缺陷增多,尺寸精度也下降;在三种复合方式(底面复合、侧面复合和顶面复合)中,采用侧面复合的方式得到的复合材料尺寸精度较高,在CT5~6级;采用顶面复合的方式尺寸精度最低,为CT7~8级。 通过光学显微镜对复合材料组织进行研究,发现随着Ti-C体系预制块致密度的提高(50%~65%),复合材料中过渡层质量下降。采用Ti-C-Fe体系(ρ_R=55%)制备复合材料时,随着预制块中钢粉含量增加(10%~30%)复合材料中过渡层质量提高。通过扫描电镜对复合层进行观察,发现处在不同位置的TiC颗粒,形貌也各不相同;在复合层内层的TiC颗粒较小,而且多为圆整的球状;在复合层的外层,TiC颗粒尺寸增大,圆整程度降低。总体上,用Ti-C-Fe体系制备得到的TiC颗粒尺寸较小,圆整度好,从内层到外层的TiC颗粒尺寸变化程度较小(1μm~3μm);而Ti-C体系得到的TiC颗粒,在复合层中从内层到外层尺寸变化大(1μm~10μm),圆整程度也较差。 使用能谱分析和ImageTool图象处理软件对复合层的均匀性进行了考察,结果表明,在两种体系得到的表面复合材料复合层中,从内层到外层,Fe元素逐渐降低,而Ti元素逐渐升高,TiC颗粒的体积分数也逐渐提高,呈梯度分布。总体上,Ti-C-Fe体系制备的复合材料复合层中Fe、Ti两元素和TiC颗粒分布的均匀性要好于Ti-C体系制备的复合材料。


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