多孔粉末压片制备WC颗粒增强Mn13基表面复合材料的研究

多孔粉末压片制备WC颗粒增强Mn13基表面复合材料的研究 因此研究开发高耐磨的颗粒增强钢基复合材料不但具有重要的学术价值，而且具有重要的经济意义。 高锰钢目前仍然为主要的耐磨材料之一，其耐磨性主要取决于工作表面的加工硬化，即在高应力环境中，工件服役表面产生强烈形变，使表面硬度显著提高，耐磨性得到改善。 然而高锰钢工件大多数是在中、低应力的服役环境中工作的，其表面加工硬化程度低，因而高锰钢的耐磨性能较差。 为了保持高锰钢原有的韧性，并且提高其表面初始硬度，弥补在中、低应力条件下加工硬化不足的缺点，通过采用在高锰钢工件的表面形成一层具有一定厚度的含有大量增强颗粒的方法是解决高锰钢问题的一条有效途径。 从而将扩大高锰钢的使用范围和使用寿命。 颗粒增强高锰钢基表面复合材料不但吸取了增强颗粒硬度高和耐磨性能优异的优点，而且仍然保持了高锰钢心部基体原有的塑性和韧性。 因此，成为近年来耐磨材料开发的热点，具有良好的应用前景。 WC颗粒具有硬度高、抗冲击载荷、抗磨粒磨损能力优异以及与钢水的润湿性好等特点，是作为外加增强颗粒制备耐磨复合材料的首选。 目前，制备WC颗粒增强钢基表面复合材料仍然以传统的粉末冶金为主。 但是，粉末冶金的实片法制备的复合材料存在着WC增强颗粒与基体界面结合质量差，复合层中含有气孔、凹坑等许多缺陷，甚至还存在复合层脱落的现象，究其原因是高锰钢水在实片中的传质、传热不理想造成的。 因此，探索新的方法制备WC颗粒增强高锰钢基表面复合材料是必要的和紧迫的。 近年来，多孔材料发展十分迅速。 多孔材料的比面积比实体材料要大的多，因此，具有优良的传质、传热能力。 所以，借鉴多孔金属材料的特点解决制备颗粒增强钢基复合材料中的传质、传热问题将是一项有意义的尝试。 如果再与真空消失模铸造工艺结合，有可能制备出质量优良的WC颗粒增强高锰钢基表面复合材料。 本论文将借鉴多孔金属的制备工艺首先制备出含WC颗粒的多孔粉末压片，然后结合V-EPC法制备出WC颗粒增强高锰钢基表面复合材料。 在此过程中，研究了制备含WC颗粒的多孔粉末压片和各种因素对形成的表面复合材料的质量及组织的影响。 内蒙古科技大学硕士学位论文-2-1文献综述1.1多孔金属材料概述1.1.1多孔金属材料简介多孔材料1作为当前的一种新型材料，它包括各种无机、有机气凝胶、多孔半导体材料、多孔陶瓷、多孔金属材料等。 这些材料的主要特点是密度低、孔隙率高、比表面积大，可以对流体进行过滤。 多孔金属材料（porous metal）是多孔材料的一种，是对含孔隙金属的统称，而有时又把发泡法制备的多孔金属称为泡沫金属（foamed metal）。 因此，这类材料不但具有金属的性质，也具有泡沫塑料等结构材料的性质。 1.1.2多孔金属材料的制备方法从20世纪50年代开始，多孔金属材料不同的制备工艺相继出现。 其制备方法可以分为四类2液相法、粉末固相法、离子法和气相法，其中连续吹气法、熔体发泡法、粉末冶金法及渗流铸造法是比较常用的制备方法。 1.1.2.1液相法液相法又分为直接发泡法、铸造法和溅射法三种。 （1）直接发泡法根据工艺的不同分为直接吹入气体发泡法和金属氢化物加热分解发泡法。 直接吹入气体发泡法的工艺是首先向搅拌器中加入具有一定粘度的金属液，然后使用特制的旋转小喷口向搅拌器中吹入气体，在金属液中就形成了分散的小气泡34。 图图1.1金属氢化物加热分解发泡法流程图5金属氢化物分解发泡法6是在具有一定粘度的熔融金属液中加入金属氢化物，金属氢化物加热后生成了H2，H2保留在金属液中并发生膨胀，冷却后得到多孔金属材料。 此种方法制备工艺简单，能大范围推广。 但制备的多孔金属材料孔的开闭以及孔的大小难内蒙古科技大学硕士学位论文-3-以进行控制，这样就会使得多孔金属材料整体性能有所下降。 该法制备多孔金属的工艺流程图5如图1.1所示。 （2）铸造法根据铸造工艺的不同分为熔模铸造法和渗流铸造法等。 熔模铸造法7原理是将高温金属液注入多孔耐火模具中，冷却后去除耐火材料，得到多孔金属材料。 此方法的优点是孔隙率高，缺点是产量低，价格高。 渗流铸造法的原理是先把惰性填充物放入铸模，在其周围注入金属液，冷却后把填充物去除掉，得到多孔金属材料，其原理如图1.2所示814。 图图1.2渗流铸造法的原理图铸造法工艺简单，便于推广，但制备的多孔金属材料可能会有残留物的存在，从而影响了多孔金属材料的性能。 本法的优点是可以根据发泡颗粒尺寸分布来控制多孔金属材料的孔的大小及分布情况，具有孔隙率高、比表面积大、制造工艺简单等优点；缺点是由于液态金属表面张力很高，颗粒与金属液不能完全润湿，增大了金属液的渗透阻力及金属液温度降低时其液体粘度增大，使得金属液不能完全渗透颗粒之间的孔隙中。 （3）溅射法也是制备多孔金属材料的一种工艺1516。 该工艺的原理是离子在电场力、加压的条件下使得惰性气体和金属一起沉积在基体上，升温使得惰性气体膨胀，就在金属内形成了气孔，冷却后即可得到多孔金属。 该法制备的材料性能表现出色，但制备工艺复杂，所以无法获得广泛应用。 1.1.2.2气相法气相法基本原理是往金属液中连续吹气，因此，又可称为连续吹气法。 连续气体吹入法是加拿大Alcan国际有限公司在20世纪90年代开发的，其原理是往有一定粘度的金属液中吹入的气体，大量的气泡保留在金属液中，从而制备了多孔金属。 内蒙古科技大学硕士学位论文-4-1.1.2.3固相法固相法又分为粉末冶金法、粉末发泡法和烧结金属粉末法。 （1）粉末冶金法17的原理是将合金粉料与惰性物质按一定的比例混合均匀后，制备具有一定强度的预制块，将预制块在真空环境下烧结，制得复合材料的金属坯，去除金属坯中的惰性物质，得到多孔金属材料。 （2）粉末发泡法18制备工艺如图1.3所示。 图图1.3粉末发泡法制备工艺 （3）烧结金属粉末法19的原理就是把金属或合金在特定模具内压制成型，然后在高温条件下烧结制备出多孔金属材料。 总的来说，固相法工艺简单，但对造孔剂要求较高，所以制约着此种工艺的大范围推广。 1.1.2.4金属沉积法金属沉积法可分为电荷沉积和气相沉积两种。 （1）电荷沉积20的原理是利用电荷正负吸引，使金属带电，然后再用反电荷去沉淀。 它主要由4个步骤组成第一步以泡沫有机物为基体，在酸性条件下对有机物基体进行腐蚀，使得有机物表面变的粗糙，这一步骤通常称为粗化。 第二步把处理过的有机物基体用PdCl2溶液进行活化。 第三步将第二步得到的活化体进行化学镀，在有机物表面形成均匀的导电金属层，常见的镀层有Cu、Ni、Fe、Co、Ag、Au和Pd。 第四步将表面含有金属层的有机物基体电镀得所需的多孔金属材料。 此工艺能制备出各种多孔金属材料，但镀液成本较高，限制了其在普通多孔金属材料上的应用。 因而，需要研究新的活化工艺或者寻求PdCl2镀液的替代品。 （2）气相沉积法21的原理是利用电子束直接气象沉积用该方法可以使得Inconel合金625蒸发沉积到开孔的网状结构上。 基体必须是固态的，这样才能给多孔金属定型。 1.1.3多孔材料金属材料的现状及今后发展方向自20世纪50年代美国Ellist成功制造泡沫铝以来，世界各国竞相投入到多孔金属的研究与开发中，国外已有60年左右的研究历史，其中，日本和美国在这方面的研究处内蒙古科技大学硕士学位论文-5-于世界领先地位。 我国起步较晚，仅从20世纪80年代后期在一些院校开展这方面的研究。 1.1.3.1多孔泡沫金属性能研究现状多孔泡沫金属性能的研究主要进行了力学性能、吸声性能、耐热性能等方面的研究。 力学性能方面22。 由于多孔泡沫金属具有较高的孔隙率，因此，对多孔泡沫金属力学性能的研究主要集中在抗压性能的研究。 吸声性能23。 通过实验研究发现多孔泡沫金属因其表面孔隙的存在使得声波产生干涉，从而能达到消音的效果。 多孔泡沫金属材料又具有微孔消音的特点，已有的研究结果表明吸收性能随多孔泡沫金属比面积的增大而增大。 耐热性能24。 从已有实现研究得出结论，多孔泡沫金属的导热系数介于一般金属.和隔热材料的导热系数之间，且通孔泡沫金属的导热系数随孔隙率增大而减小。 透过性能25。 多孔泡沫金属材料的通孔可以作为液体流动的通道，通孔数目多和孔径的大可以加大液体的透过性。 1.1.3.2多孔金属材料的应用多孔金属材料作为一种新型金属材料，就目前来看，其应用主要有以下几个方面电池电极材料26。 多孔镍、多孔锌等多孔金属材料孔隙率高达90%之多，从而增大了电极的比表面积，降低了充电电池在充（放）电时电流值，使得电极的各项性能参数得到了提高。 过滤与分离27。 多孔金属材料对流体具有优良的渗透性，其又可应用在过滤和分离上。 日本住友电气工业公司采用孔隙率为85%的三维网状Ni2Cr2Al合金多孔体为过滤材料制造了成本低、实用性强的柴油机过滤器。 目前，在过滤与分离的应用上，多孔材料已在众多行业中得到了广泛的应用。 在冶金工业中，氮化硼、氧化铝等多孔材料由于其耐高温的特性，可以对熔融金属铝、铜进行过滤。 钢铁厂中高炉煤气的净化广泛采用了不锈钢多孔过滤器。 在宇航工业中，多孔不锈钢用于燃料气体过滤和废水净化，避免了的废料向太空中排放。 在化工行业，许多废液均用多孔不锈钢、钛等耐腐蚀金属材料进行过滤，以此对废液进行净化和回收处理，减少了对环境的污染。 内蒙古科技大学硕士学位论文-6-1.1.3.3多孔金属材料发展前景从目前发展来看，多孔金属材料的制备工艺日益完善，但这些工艺的应用范围仍存在一定的局限性。 随着社会的进步与发展，多孔金属材料发挥的作用日益增大。 尽管很多行业对多孔金属材料的研发及应用日益重视，但多孔金属材料的应用被限制在特定领域内。 多孔金属在复合材料领域的应用，尤其是在钢基表面复合材料上的应用可以增强钢的表面强度、耐磨性、耐腐蚀等性能。 该种方法还可以以钢厂的废钢、废料为原料，达到节约成本的目标。 1.2真空消失模铸造工艺简介真空消失模铸造工艺28利用聚苯乙烯泡沫为材料制备EPS铸件模具，然后将模具粘结浇铸系统，置入砂箱中添干砂振实，在真空条件下浇铸的一种工艺。 真空消失模铸造工艺的步骤 （1）制作泡沫气化模具； （2）模具组装后烘干； （3）泡沫气化模具表面均匀刷一定厚度的喷耐火涂料后完全烘干； （4）砂箱放到指定位置； （5）填入干砂振实、刮平； （6）将烘干的EPS模具置于底砂上，按工艺要求添砂，自动振实一定时间后刮平箱口； （7）用塑料薄膜封住砂箱口，放上浇口杯，接负压系统进行钢水浇铸，EPS模具气化后，钢水取代模具位置； （8）铸件冷却后翻箱取出铸件，并对铸件表面进行清理。 1.3颗粒增强金属基复合材料的研究现状及发展方向1.3.1颗粒增强金属基基复合材料的简介金属基复合材料2932的发展只有50年左右的历史，但已经在各个领域中发挥了重要作用。 金属基复合材料最初是应航天、军工等特殊领域的需求而发展起来的。 随着复合材料制造成本的降低，其应用已经由特殊领域向民用领域发展。 相对于其它复合材料，金属基复合材料具有抗高温、抗腐蚀、导热性好、可焊接等特点。 因此，金属基复合材料在未来社会的材料需求中会占有重要地位。 内蒙古科技大学硕士学位论文-7-金属基复合材料是以铝、镁、铁、铜等金属为基体、以陶瓷为增强体而制得的复合材料，主要应用于耐磨损、耐高温及耐腐蚀蚀等工作环境下。 几种常见增强颗粒及其性质如表1.1所示表表1.1增强颗粒性质增强颗粒熔点密度膨胀系数弹性模量硬度润湿角g/cm3106/GPa HV/0Al2O3xx3.957.18.435037018002xx40SiC26003.123.65.23804702600370045TiC30654.959.3448300040WC280015.83.881020800随着国民经济的快速发展，对金属材料的各方面性能提出了更高的要求。 如高温高磨损条件下工作的工件，而传统的金属材料已不能很好的满足需求，复合材料却能够迎刃而解。 因此，近几年来，材料工作者对金属基复合材料在制备工艺、界面形成原理及材料的结构和性能进行了大量的研究工作，并已经取得了显著的成绩。 1.3.2颗粒增强金属基复合材料材料的制备方法及相关研究成果金属基复合材料的制备成功，标志着材料性能大幅度提升的开始。 因此，金属基复合材料制备方法的发展史，很大程度上代表了金属基复合材料的发展史。 金属基复合材料的制备主要的制备方法有粉末冶金法、铸造法和原位自反应生成法。 1.3.2.1粉末冶金法粉末冶金法33又称为固态金属扩散粘结法，该方法是将固态粉末和增强颗粒混合，在一定的温度和压力下，使得增强颗粒周围存在金属被迫流动扩散而形成的金属基复合材料。 粉末冶金法具有制造温度低、可选取多种增强颗粒、增强颗粒分布均匀等优点。 文献34作者选用WC-28NiCo系硬质合金作为复合材料外层，以基体作为复合材料内层。 通过粉末冶金法成功的制备了外层为硬质合金相，内层为铁基复合材料的辊套。 E.Pagounis等人35利用热等静压工艺制备了TiC、Al2O 3、Cr2C3等不同增强颗粒的的高铬白口铁基复合材料，并对界面反应进行了重点研究。 结果表明增强颗粒与基体之间的界面反应对基体中马氏体的转变量影响很大，对复合材料的力学性能、耐磨损性能和材料的显微硬度影响不大，对复合材料基体的韧性影响较大。 论文作者通过三种增内蒙古科技大学硕士学位论文-8-强颗粒的对比分析知道，TiC增强颗粒明显优于Al2O3和Cr2C3增强颗粒，原因是TiC能更好的与基体融合，形成了耐磨性更好的复合材料。 文献3639作者研究了制备的WC-Co88/12增强高钒工具钢、高速钢和W21Cr合金基复合材料的界面反应。 实验结果表明基体的成分对界面反应及增强颗粒的性能的发挥均有影响，碳元素的含量对此过程几乎没有影响，而钴、铁、钨、铬等元素对界面反应可能有较大的影响，钼可能对WC颗粒的溶解有较大影响，可能对W2C和M6C碳化物的析出有很大的影响。 作者并对高速钢、高钒工具钢和W-Cr-Co21合金基复合材料进行了三体磨料磨损测试，在不同载荷下高速钢和高钒工具钢基复合材料的耐磨性能明显优于W-Cr-Co21合金基复合材料。 1.3.2.2铸造法铸造法4041是目前制备金属基复合材料比较常用的一种方法，它包括重力铸渗法、离心铸渗法、实型铸渗法和V法铸渗法等。 铸造铸渗法就是预先把合金粉末和粘结剂等按一定比例混合均匀后，制备成具有一定粘度的涂料或有一定孔隙的预制块，然后刷涂或预埋到需要增强的铸型表面，烘干后浇入金属液，金属液在重力、离心力或真空吸力作用下在涂层或预制块上进行渗透而形成金属基复合材料。 此种方法具有工艺简单、操作简便等优点。 但在制备过程中容易产生缩孔、夹渣和裂纹等缺陷。 鲍崇高42采用负压铸渗法制备了Al2O3颗粒增强钢基表面复合材料，并对材料在高温条件下磨损性能进行了测试。 结果表明，当增强颗粒体积分数在39%左右时，复合材料具有良好的高温耐磨性，体积分数较高或较低会出现增强颗粒会产生脱落现象或基体耐磨性低等现象。 周永欣43等人以SiC为增强颗粒制备了Q235钢基表面复合材料，研究了增强颗粒的粒度和含量对复合材料质量的影响。 图1.4给出不同粒度SiC制备的复合材料复合层组织照片。 从图中可以看出SiC粒度为850um时，复合层和基体分界线清晰可见，SiC粒子很好的分布在钢基体上，且增强颗粒分布均匀；SiC粒度为240um时，SiC颗粒在高温金属液作用下全部分解，因此材料没有形成复合层，只形成了过渡层。 作者还进行了界面结合处的研究，发现增强颗粒与基体之间的结合界面为冶金结合界面。 内蒙古科技大学硕士学位论文-9-图图1.4不同粒度SiC铸渗后复合层组织照片（a）850umSiC铸渗后复合层组织（b）240umSiC铸渗后复合层组织1.3.2.3原位自反应生成法原位自反应生成法制备金属基复合材料包括原位自生成法、高温自蔓延合成法和自蔓延离心铸造法等几种方法。 原位自生成法4445是把提前按比例配制好的合金增强体和基体合金在熔炉中熔化，在熔体达到反应的温度时，进行保温，借助熔体的化学反应合成弥散、细小的增强颗粒，然后浇铸成型。 美国麻省理工大学的C.Raghunath和英国帝国理工大学的B.S.Terry等对原位铁基复合材料进行了初步的研究46。 Kattamis47将TiC陶瓷颗粒加入到铁的熔体中，并利用电磁搅拌的工艺，成功的制备了TiC增强铁基复合材料。 研究结果表明复合材料的显微组织结构与合金熔体的成分、外加TiC的含量及颗粒尺寸、混合温度、搅拌时间都有关，并对复合材料的耐磨性进行了测试。 测试结果表明TiC体积分数的增大能提高材料的耐磨性，颗粒尺寸和颗粒间距的增大降低了复合材料的耐磨性。 TiC增强铁基复合材料制备成功引起了国内外研究人员的关注。 随着金属基复合材料的发展，材料工作者们也尝试把原位自生成法和其他材料制备工艺结合起来制备金属基复合材料。 文献48作者结合原位自生成法和涂覆工艺，成功制备了TiC/Fe表面复合材料。 作者将TiC粉末与氧化镁粉末混合均匀后附着在碳钢基体上，利用高能电子束辐射的热量使混合粉末与基体熔化，使得TiC增强颗粒与基体发生界面反应，从而能与基体紧密结合，制备的复合材料复合层厚度在2.5mm左右。 此种方法存在对设备操作严格、能耗高、复合层厚度薄等问题。 刘海峰49结合原位生成法和铸造法，成功的制备了原位合成VC颗粒增强钢基复合材料，研究了钒的含量对复合材料的组织和性能影响，并探究了复合材料组织的形成原理。 实验结果表明自反应生成的细小的大量的VC增强颗粒弥散分布在复合层中；基100m100m(a)(b)内蒙古科技大学硕士学位论文-10-体的合金化提高了界面的结合强度；该复合材料回火后能有效的提高材料的高温耐磨性能；该复合材料的制备具有浇铸温度低、便于浇铸成型、复合材料缺陷少等优点。 符寒光50等则在离心铸造方法的基础上结合原位生成法，成功制备耐磨性能优良的轧辊，并解决了轧辊在使用过程中易产生裂纹的问题。 这一研究成果最大的特点就是把把实验与生产紧密联系在一起，值得推广和学习。 高温自蔓延合成法（SHS法）是前苏联科学家A.G.Merzhanov等在研究钛和硼混合压实燃烧时提出的。 其基本原理是将增强颗粒与合金粉末混合，压制成型，在真空或惰性气体环境中预热引燃，使混合粉末发生放热化学反应，生成的热量提供给为反应的部分，直至全部完成。 武汉工业大学材料复合新技术国家重点实验室的邹正光等人51，在1998年以工业钛粉、无定型碳黑、石墨和还原铁粉为原料，把钛粉和铁粉按照化学计量一比一进行混合压制成不同的形状，然后利用高温自蔓延合成法在短时间内制备了具有良好界面的Ti-C-Fe复合材料。 随着高温自蔓延工艺制备金属基复合材料进一步发展，人们开始利用这种方法制备具有耐磨、耐高温、耐腐蚀等多方面要求的复合材料。 由于自生TiC颗粒能有效的改善钢基复合材料的耐磨、耐高温等性能，人们开始尝试制备各种以内生TiC为增强体的金属基复合材料。 王佳，王志胜，李祖来等人52采用了真空实型铸渗的方法制备了自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料，并重点研究了预制块中钢粉的含量对复合材料表面形貌、组织性能和复合层形成的过程的影响。 从中了解到随着试样块中钢粉的含量逐渐增大，复合层的质量显提高后下降，复合层中的TiC增强颗粒趋于不均匀。 因此，钢粉的加入量应该控制在30%左右为佳。 1.3.2.4喷射成型法喷射成型法是金属流雾化后喷涂到金属基体上形成具有一定厚度的涂层制成复合材料的一种方法。 德国不莱梅市的Fraunhofer研究所开发了一种采用特殊装置直接将惰性增强体直接注入金属液中制备金属基复合材料的方法。 此研究所利用了一种能到将大量的惰性增强颗粒均匀分散到金属流体中的喷射装置，该装置的原理是利用N2流过经过特殊设计的环形喷嘴将增强颗粒注入到雾化金属流体中。 该研究多用此法成功制备了420型不锈钢基复合材料和含碳量为0.35%的钢基复合材料53。 该方法对设备要求太高，并且对外加颗粒的尺寸限制较大，不利于进行推广。 1.3.3颗粒增强金属基复合材料材料今后发展展望内蒙古科技大学硕士学位论文-11-颗粒增强金属基表面复合材料是当前材料研究的一个重要方向，但产品并没有进行大范围的应用，有些仍停留在开发阶段中。 因此，需要开发新的制备工艺，探究增强颗粒在基体中的溶解和析出机制，对界面的形成也要进行系统的分析。 就应用范围来说，今后金属基表面复合材料将由单性能材料向多性能材料发展，由特种领域向民用领域发展。 从复合形式上看，复合材料将由物理复合形式向化学复合形式发展。 因而，需要对增强颗粒与基体之间进行匹配，建立匹配机制，便于计算机控制进行自动化生产。 1.4WC颗粒增强钢基复合材料的研究现状及今后发展方向1.4.1WC主要性质WC为六方黑色晶体，有金属光泽，硬度高，其熔点为2800,沸点为6000。 WC不溶于一般强酸，易溶于HNO3和FH的混合酸。 纯净的WC颗粒易碎，若在其制备过程中掺入少量钛、钴等金属，就能降低其脆性。 1.4.2WC颗粒增强钢基复合材料的研究现状WC颗粒作为一种优良的外加增强颗粒，近年来人们加大了对WC颗粒增强钢基复合材料的研究。 于思荣等54在粘土干砂型或CO2硬化砂型铸造工艺的基础上制备了铸造碳化钨颗粒增强中锰钢基表面复台材料，并对钢水的铸渗过程进行了研究。 结果表明采用新工艺及加稀土合金浸渗技术，可以得到质量良好的表面复合材料，复合层厚度为5mm左右。 研发了一种新的铸渗法散剂法，此方法减少复合层中气孔和夹渣(杂)等铸造缺陷的生成，从而提高了复合材料的性能。 此种材料复合层厚度薄，稀土合金的加入使其不能大范围的推广。 铸渗过程的动力学分析有助于了解复合层的形成基理，对如何提高复合层的厚度有指导作用。 游兴河55对WC在钢水中溶解的行为进行了初步的分析。 结果表明，复合材料形成的过程中，WC与钢水将发生相互溶解和析出，进行形成了复合层。 这为研究怎样降低WC颗粒在浇铸过程的溶解提供了理论依据。 内蒙古科技大学硕士学位论文-12-图图1.5不同尺寸WC颗粒增强钢基表面复合材料复合层的金相组织（a）WC颗粒直径100150um（b）WC颗粒直径小于53um图图1.6WC颗粒增强钢基表面复合材料复合层的金相组织（a）低倍光学显微组织照片（b）高倍光学显微组织照片李秀兵56等对WC颗粒与钢水接触后增强相和组织的演变进行了相关研究。 作者选取45钢为基体，WC颗粒为增强相。 从图1.5可知，WC颗粒粒度大于100um时，WC颗粒表面溶解，复合层中存在原始WC颗粒，WC颗粒在复合层中分布的不是很均匀。 表面溶解的WC颗粒会相互褡裢，出现富集区，富集区的形成成使得材料的磨损性能下降。 WC颗粒粒度小于100um时，WC颗粒溶解严重，析出的更小的增强相分布在复合层中，但WC颗粒的全部溶解没有发挥出其外加增强颗粒的作用。 从图1.6的低倍和高倍金相图片中可知，WC颗粒的溶解后与基体中的合金元素存在相互扩散和迁移，由此在基体和复合层中间形成了过度层。 但文章中没有对WC颗粒的溶解行为进行详细分析，只能为选取WC颗粒尺寸上作为一个参考。 25m200m20m25m(a)(b)(a)(b)内蒙古科技大学硕士学位论文-13-王志胜57等以高铬钢为基体，制备了WC颗粒增强钢基表面复合材料，并对材料的高温摩擦性能进行了研究。 研究结果表明WC颗粒增强钢基表面复合材料在200时磨损表现为粘着磨损和疲劳磨损；在300、500和600时磨损方式表现为氧化磨损和疲劳磨损，其磨损过程为氧化跟剥落交替进行的动态磨损过程。 此高温磨损研究的温度最高也就到600，没有进行更高温度的测试。 1.4.3WC颗粒增钢基复合材料今后的发展方向WC颗粒增强高钢基复合材料应该由单一的耐磨材料向多功能的功能材料方向发展。 研究新的制备工艺和探索新的合金配方使得增强颗粒和基体的性能达到最最佳的配合，并且，显著提高材料的力学性能。 1.5WC颗粒增强高锰钢基表面复合材料的研究现状及今后的发展方向1.5.1高锰钢简介高锰钢58作为一种优质耐磨钢，最早是由英国人哈德菲尔德(RAHadfield)在1883年取得了高锰钢专利后迅速大范围应用的一种钢种。 高锰钢的铸态组织主要是奥氏体组织，奥氏体在受到大的冲击载荷时，高锰钢表面产生了较大的形变，表面组织转变为马氏体，表层硬度大幅度提高；在小的冲击载荷下，高锰钢表面得不到有效的组织转变，使得表面磨损加剧。 因此，需要对高锰钢表面进行合金化来提高其性能。 1.5.2WC颗粒增强高锰钢基表面复合材料的研究历史由于高锰钢具有制造成本低廉，加工工艺简单等有点，现阶段高锰钢的使用范围还是很广的。 但由于其在中、低应力条件下耐磨性表现不佳，这就极大的制约了其使用的范围。 宋怀江59等对WC颗粒增强高锰钢基表面复合材料的冲击磨损性能进行了研究，利用离心铸造法制备了WC颗粒增强高锰钢基表面复合材料，并对材料进行了磨损性能的测试。 从图1.7中可以看出，增强颗粒在复合层中分布均匀；WC的加入提高了材料的抗冲击磨料磨损性能。 其制备工艺如图1.8所示，其制备工艺简单，便于进行推广。 但从图中还可以看出，WC颗粒从漏斗下落的量相对于钢液来说要少的多，这就可能加速了WC颗粒的溶解程度，使得复合材料的制备过程中