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ZrO2-Al2O3陶瓷增强高铬铸铁基复合材料

2020-12-07阅读(241)

ZrO2-Al2O3陶瓷增强高铬铸铁基复合材料

论文摘要

本文通过金相观察、X射线衍射分析、洛氏硬度实验、冲击韧性实验、耐磨性实验、磨损试样的磨损面观察,研究了基体材料的组织、力学性能、耐磨性能:并研究了不同陶瓷孔隙率对金属基陶瓷复合材料的力学性能、耐磨性能的影响,得到合理的陶瓷孔隙率。利用宏观形貌观察、能谱分析,研究了活化液浓度、施镀时间、施镀温度及PH值对陶瓷表面镀层质量的影响。在以上研究的基础上,制备了ZrO2-Al2O3陶瓷增强高铬铸铁基复合材料,研究了不同的实验方案对ZrO2-Al2O3陶瓷增强高铬铸铁基复合材料界面结合的影响。研究结果表明:不含钛的基体组织铸态下由奥氏体、马氏体和碳化物组成,铬的碳化物以M7C3、M23C6为主。热处理后由马氏体、残余奥氏体和碳化物组成,铬的碳化物存在形式并无变化,经过热处理后大量奥氏体转化为马氏体,但还是存在少量的残余奥氏体;含钛的基体组织中有碳化钛存在;钛的加入,使碳化物的尺寸变小,分布均匀弥散:从而提高基体的综合性能。不含钛基体铸态下的冲击韧度为9.43J/cm2,硬度为55.75HRC。含钛基体铸态下的冲击韧度为11.18J/cm2,硬度为58.75HRC。基体材料合理的热处理工艺为1050℃淬火+450℃回火,此工艺条件下,不含钛基体的冲击韧度为9.1J/cm2,硬度为62.5HRC;含钛基体的冲击韧度为9.3J/cm2,硬度为64HRC。对比经不同活化液处理后陶瓷表面的镀层质量,可以得出在活化液成分为PdCl2,0.25g/L;HCl,10mL/L时,镀层质量最好;对比不同施镀条件对化学镀镍层质量的影响得出:最佳施镀时间为30min,最佳施镀温度为35～40℃,PH值的范围为4.5～5.5。利用铸造得出的ZrO2-Al2O3陶瓷增强高铬铸铁基复合材料,陶瓷与金属结合较好,在陶瓷的间隙充满金属液;浇注温度限定在1400-1450℃时,金属既能充满陶瓷间的空隙又不至于因温度过高导致陶瓷炸裂或漂浮;随陶瓷孔隙率的增加冲击韧度呈增长趋势,磨损失重量呈先减小后增加趋势,综合考虑陶瓷孔隙率对复合材料冲击韧度和耐磨性的影响得出,陶瓷的孔隙率为80%时,金属基陶瓷复合材料的综合性能最好。通过对比同一热处理条件下,不同改善金属陶瓷界面润湿性的处理工艺对界面结合及力学性能的影响,得出陶瓷表面经过镀镍处理且基体金属中含钛的ZrO2-Al2O3陶瓷增强高铬铸铁基复合材料的界面结合最好。对比不同热处理工艺对同一试样界面结合及力学性能的影响,得出最佳的热处理工艺为1050℃淬火+350℃回火。在此热处理工艺条件下,其冲击韧度为5.7J/cm2,磨损失重为1.1mg。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 概述
  • 1.2 金属基复合材料的分类
  • 1.3 金属基复合材料的性能特点
  • 1.3.1 高比强度和高比模量
  • 1.3.2 良好的耐磨性
  • 1.3.3 良好的疲劳性能和断裂韧性
  • 1.4 金属基复合材料的制备工艺
  • 1.5 金属基复合材料应用
  • 1.6 金属基复合材料的研究现状及研究热点
  • 1.6.1 国内外金属基复合材料的研究现状
  • 1.6.2 金属基复合材料目前研究的热点
  • 1.7 项目的目的和意义
  • 1.8 研究内容和技术路线
  • 1.8.1 主要研究内容
  • 1.8.2 技术路线
  • 第二章 实验方法及过程
  • 2.1 陶瓷材料的预处理
  • 2.2 陶瓷孔隙率的测定
  • 2.3 砂型制备及配料
  • 2.4 熔炼及浇注
  • 2.5 热处理工艺
  • 2.5.1 退火
  • 2.5.2 淬火
  • 2.5.3 回火
  • 2.5.4 热处理工艺图
  • 2.6 组织观察及性能测定
  • 2.6.1 金相组织观察
  • 2.6.2 扫描电镜能谱分析
  • 2.6.3 洛氏硬度测定
  • 2.6.4 冲击韧度测定
  • 2.6.5 耐磨性测定
  • 第三章 基体金属组织、力学性能及耐磨性能研究
  • 3.1 基体金属成分设计
  • 3.1.1 碳和铬
  • 3.1.2 锰
  • 3.1.3 硅
  • 3.1.4 钼
  • 3.1.5 铜
  • 3.1.6 钛
  • 3.2 铸态下基体组织
  • 3.3 热处理后基体组织
  • 3.4 铸态下基体力学性能
  • 3.5 热处理后基体力学性能
  • 3.6 基体材料耐磨性能
  • 3.7 本章小结
  • 第四章 陶瓷材料预处理工艺的研究
  • 4.1 化学镀镍原理
  • 4.1.1 化学镀镍的热力学原理
  • 4.1.2 化学镀镍的动力学原理
  • 4.2 陶瓷预处理工艺的选取
  • 4.3 实验结果及讨论
  • 4.3.1 活化液浓度对镀层质量的影响
  • 4.3.2 施镀时间对镀层质量的影响
  • 4.3.3 施镀温度对沉积速率的影响
  • 4.3.4 PH值对沉积速率的影响
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 陶瓷增强金属基复合材料的研究
  • 5.1 制备工艺的研究
  • 5.1.1 成型工艺的研究
  • 5.1.2 浇注温度的研究
  • 5.2 试样制备方案
  • 5.3 陶瓷孔隙率对材料力学性能的影响
  • 5.4 热处理后的结合界面
  • 5.5 铸态下的冲击韧度
  • 5.6 热处理后不同试样的冲击韧度
  • 5.7 不同试样的耐磨性能分析
  • 5.8 本章小结
  • 第六章 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士期间发表的论文及成果
  • 致谢

    • 相关论文文献

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