铁基复合材料演讲稿

1、根据材料复合情况的不同 , 可分为整体和表面复合两大类。 粉末冶金法:颗粒增强铁基复合材料多采用成熟的粉末冶金法 来制备 , 即将增强体与基体合金粉末混合后冷压或热压烧结 , 也可 用热等静压工艺。 制造过程的温度相对于液相法来说较低 , 基体与增 强物都呈固态, 界面反应不严重 , 产品可做到少余量或无余量 , 从而 减少机加工 , 提高材料利用率。 但该法不适合生产形状复杂和大型的 零件 , 且由于其工艺及装备复杂、 生产周期长、 成本高 , 阻碍了它的 应用和发展。铸造法:(外加增强体颗粒法 这种方法就是将固态的增强体颗 粒逐步加入并混合于液态金属中制得金属基复合材料。 但增强相往往 会

2、因与基体密度不同而产生凝聚、 上浮或下沉 , 难以均匀分布 , 为此 得采用粉料供给器均匀加入增强相材料或采用超声波、 机械搅拌或半 固态铸造法等。 虽然该方法的设备与工艺相对简单 , 但制件中容易形 成气孔、 夹杂 , 增强体分布不均匀 , 界面易发生反应等。 该方法要求 增强体与基体之间必须具有良好的润湿性 , 否则会出现增强体与基 体结合不良 , 造成界面剥落。原位反应复合法:是一种新型的金属基复合材料制备方法 , 与 以上两种复合工艺相比 , 它的增强体颗粒尺寸较细小 , 表面无污染 , 与基体的结合为冶金结合 , 避免了与基体浸润不良的问题 ; 具有工 艺简单、 成本低的特点。 将原

3、位反应复合法与铸造技术相结合 , 可制 得形状复杂、 尺寸大的构件 , 直接得到近净形化的制品。 此法虽在金属基复合材料尤其是轻金属基复合材料的制备工艺中占有举足轻重 的地位 , 但直到近几年才见到有关该法用于制备铁基复合材料的报 道。高 温 自 蔓 延 合 成 :Self Propagating High Temperature Systhesis, 简称 SHS 。反应迅速 ( 0. 115cm/ s表面复合技术:A 铸渗法:铸渗法是铸件表面合金化的一种方法 , 即在铸型型 壁上涂 ( 或贴 覆具有一定配比的合金粉末膏剂 ( 也称涂覆层或膏 块 , 当浇注成形时 , 金属液浸透涂料的毛细孔

4、隙 , 高温的液态母 材金属与合金粉末之间产生强烈热作用 ( 合金粉末溶解、 熔化或发生 化学反应 并进行物质互渗 , 以此改变铸件表层的结构和性能。 该方 法是在铸件表面原位生成复合层 , 具有原位反应复合法的优点 , 因 而具有较大的发展优势。 但铸渗法的复合层厚度难以控制是其致命的 缺点。B 铸造烧结法:铸造烧结技术是近几年发展起来的一种新型制 备表面复合材料的技术。 它将一定配比的合金粉末所制成的压坯贴在 铸型表面 , 利用浇注过程金属液的热量在压坯中产生巨大的热流密 度 , 引发压坯中高温化学反应 , 生成大量的陶瓷颗粒 , 同时完成压 坯的烧结致密化 , 从而在铸件表面烧结反应生成

5、表面复合材料。 该方 法借鉴了铸渗法在浇注过程中原位实现表面复合化这种简单工艺过程、 自蔓延高温合成技术的热激发高放热化学反应和粉末冶金法烧结 致密化过程 , 但它与这些方法之间有着本质的区别 , 具有自身的本质 特征。 与铸渗法相比 , 铸造烧结法可在大大减少粘结剂加入量的同 时得到紧实度和强度相当高的压坯 , 在很大程度上减少或避免复合层 内产生气孔和夹杂等缺陷 , 铸件质量得到保证。 此外 , 铸造烧结法的 压坯厚度与最终铸件表面复合层的厚度相当 , 故 复合层的厚度易于 控制 。 因而从根本上克服了铸渗法的致命弱点 ; 与 SHS 技术相比 , 点 火方式有所不同 , 反应速度较慢 ,

6、 克服了 SHS 法过程难于控制的缺 点 , 且铸造烧结法可同时实现产品致密化。铸造烧结法的烧结不同于 粉末冶金在恒温、 还原气氛甚至真空条件下进行的烧结过程 , 它是在 金属液凝固过程中进行的 , 即是在一般的大气气氛下、 温度不太高且 始终是变化的 , 由于金属液处于高温的时间非常有限而烧结时间短 , 故而烧结机理不同。铁基复合材料常用的增强颗粒 :20世纪 70、 80年代粉末冶金 法制备铁基复合材料开始流行。这期间增强颗粒的范围不断拓展, Al 2O 3、 Cr 3C 2、 TiC 、 NbC 、 WC 、 VC 、 SiC 等作为颗粒增强相均有 研 究。 其中 SiC 、 Cr 3C

7、 2在烧结过程中易溶于基体,不能作为独立的硬质 颗 粒 保 留 下 来 ;可 与 基 体 发 生 反 应 生 成 的碳 化 物 相,如 M 6C 和 MC 型碳化物。 NbC,TiC,VC 的热力学稳定性高 , 适合于 制备铁基复合材料 ;Al 2O 3是一种离子键陶瓷,它的表面电子被束缚而 带电 , 很难被金属润湿 . 随着研究工作的不断推近 , 增强颗粒不断向高 性能方向发展 , 目前研究最多的增强体是 TiC 颗粒 . 这是因为 TiC 硬度高且高温下稳定不易分解 ,TiC 的标准反应吉布斯自由能低 ,其合成 反应易于进行 , 这便于更好地与基体结合 , 使复合材料具有优良的耐 磨性和高

8、温性能 . 因此 , 增强铁基复合材料的应用主要是耐磨材料和 高温结构材料领域 .制备工艺由固相法向液相法 (特别是原位反应铸造法 转移 , 这主 要是由于考虑到降低制备成本、简化工艺和提高复合材料的性能 , 以 适应大规模工业化生产的需要。复合材料以颗粒增强为主 , 到目前为止关于晶须和纤维增强的研 究极少。 这是因为铁基复合材料成形温度很高 , 用晶须或纤维做增强 体难以保证它的化学和力学稳定性 , 且工艺复杂 , 成本昂贵。TiC 颗粒增强铁基复合材料 :原位颗粒增强金属基复合材料是当今复合材料研究领域的 热点之一 , 也是今后金属基复合材料发展的一个重要方向。颗粒 增强金属基复合材料具

9、有良好的塑性和韧性 , 同时具有高硬度、 高模量 , 表现出良好的综合力学性能 , 且工艺简便。 在金属基复合 材料中 , 人们对以铝、 镁、 钛为基体的金属复合材料研究得较多 , 而对铁基复合材料研究得较少。将 45钢和一定比例的 Ti 粉混合 , 在真空熔炼炉中熔化。 为使化学成分均匀 , 每个铸锭通过 3次熔炼。 熔炼完毕 , 打渣 , 去掉杂质 , 然后 用铝脱氧去气 , 在包内进行变质处理 , 从而使碳化物细化 ; 将铁水倒入 浇包 , 然后倒入型腔中浇注 , 制得含 Ti 分别为 0.5%,1%,2%,4%(质量分 数 四种成的试样。利用光学显微镜分析和观察材料中 TiC 颗粒的形

10、 貌和分布。用 HR2150A 型洛氏硬度计测试材料的硬度。从图 1中可以看出 Ti 含量为 0.5%试样的基体组织为大量 Fe 3C 和少量铁素体。 Ti 含量为 1%的试样的 Fe 3C 量减少 , 铁素体量增加。 Ti 含量为 2%的试样的 Fe 3C 量进一步减少 , 铁素体的含量进一步增加。 当 Ti 含量达到 4%时 , 基体组织主要是铁素体和少量的渗碳体。因此 可以看出基体组织随着 Ti 含量的增加发生了变化 , Fe 3C 量逐渐减少 , 铁素体量逐渐增加。这主要由于 TiC 是高度稳定的高熔点化合物 , 其 熔点高达 3080 , 其标准生成自由能非常低 , 因此从热力学上看

11、 , TiC 是很容易生成且非常稳定的。它夺取 Fe 3C 中的 C, Fe 3C 分解 : Fe3C 3Fe+C。从图 2可以清楚地看到颜色呈灰色、 形状呈四方形和多边形的颗 粒分布在各种成分的试样基体中。 用能谱分析含 Ti 量为 4.0%的铸态 试样中灰色颗粒的成分 , 结果可以确定灰色颗粒为 TiC 颗粒。从图 2可以看到 , 含 Ti 为 0.5%的试样组织中含有极少量的 TiC 颗粒 , 尺寸大 约为 2m(图 2a; 含 Ti 为 1%的试样组织中 TiC 颗粒数量增加 , 而且 尺寸变大 , 大约为 3m(图 2b; 含 Ti 为 2%的试样组织中 TiC 颗粒数 量进一步增加

12、 , 尺寸大约为 4m(图 2c; 含 Ti 为 4%的试样组织中 TiC颗粒数量最多,而且尺寸最大,大约为 5 m(图 2d。 但在含 Ti 量不同 的试样中, TiC 颗粒的形状都是四方形和多边形。 从图 3 可以看到随着 Ti 含量的增加,试样的硬度逐渐增加,当 Ti 含量达到 2%时硬度达到最大值。 Ti 含量继续增加,硬度反而减小。 当 这主要是由于加入 Ti 后可以生成 TiC 颗粒,从而增强基体材料。 从金 相照片可以看到,随着 Ti 含量的增加, TiC 颗粒的数量和尺寸都在增 加。 试样的硬度取决于增强相 TiC 的数量和尺寸,数量越多,硬度越高; 尺寸越大,硬度越低。 结论

13、：利用原位复合的方法、以 45 钢和 Ti 粉为原料成功制备 了铁基复合材料。在 45 钢中加入 Ti,硬度并非随着 Ti 含量的增加而 一直增大,当 Ti 加入量达到 2%时,硬度达到最大值。在 45 钢中原位 生成的 TiC 颗粒尺寸较小,呈规则的四方形或多边形,且分布均匀。 根据文献,我们知道,80%失效是磨损。其中,70% 80%是磨料磨损失效。因 此,提升材料的磨料磨损抗性是非常重要的。大多数材料只需要表面磨损抗性。 它可以大大延长寿命和促进表面磨损抵抗力以提高材料寿命。 金属陶瓷复合材料 的不仅有高强度、高硬度、高磨蚀抗性等,而且有更好的韧性和低成本，他们还 有更好的物理化学属性和

14、力学性能。因此人们越来越关心金属基陶瓷合成材料， 这种材料被称为“21世纪新型材料” 。 V-PEC是用来制取聚苯乙烯的一种新型工艺，在表面涂刷防火涂料。然后把 它们放在干的型砂中，再震动成固态并且在真空条件下铸造。在V-PEC工艺下， 传统工艺中容易出现的气孔、夹杂等缺陷可以得到改善甚至消除。通过V-PEC工 艺，铁基原子能达到搞得尺寸精度以及低的韧性。这种工艺仅仅只用干砂，能够 减少污染。常被成为“绿色铸造” 。这种工艺只用了传统的砂型铸造的原料和能 源的80%90%。 铸造花费减少了10%30%。 它能够带来良好的经济效益和社会效益。 在这篇文章中，真空法干砂消失模铸造可以用来生产SiC颗粒和Cr颗粒合成 的铁基复合材料。 复合材料的微观结构可以用显微镜来观察，可以测量复合层的 显微硬度。复合材料的抗磨损性能也可以被测试。 表格一后： 因为颗粒和基体之间的粘结强度是非常高的。 凸的碳化硅颗粒不容易被剥离, 可以防止材料被磨损时，其他结构被磨掉。研究表明,结合着粘结相和硬质颗粒 复合材料的耐磨性和软质相的成分是紧密相关的。 当磨粒在基体表面起作用的时 候，软质相首先从基体上被磨掉。在磨损的过程中，只有孤立的硬质相保留着。 这些孤立的硬质颗粒的屏蔽作用,导致了阴影效应。因此,材料的耐磨性提升明 显。所以 S