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长期以来对陶瓷颗粒增强铁基复合材料的研究较少,原因是铁的熔点高,制备时强化粒子与基体反应剧烈,制备高性能铁基复合材料一直是国际材料学界研究的难点之一。基于本课题组的前期工作,本文采用电流直加热动态热压制备技术制备铁基碳化硅颗粒增强复合材料,提出了双段烧结工艺,改进了实验设备的控制电路系统,系统实验研究确定了最佳烧结工艺参数;论文研究了初始铁粉粒度对于10v%SiCp/Fe复合材料性能的影响;本文提出了机械均匀化的混料工艺并研究了工艺参数的影响。
新的双段烧结工艺是由连续电流加热烧结阶段和循环加热阶段组成。研究得出的最佳工艺是:第一阶段连续电流加热烧结100s、第二阶段循环加热,每循环为加热ls间歇断电ls,循环总时间200s。新工艺制备10v%SiCp/Fe复合材料可达到优良的性能,显微组织观察分析得出,SiCp/Fe界面结合良好,新工艺快速烧结有效控制了SiC的分解以及增强粒子与Fe基体的界面反应。
研究结果表明:纯铁粉烧结材料,其致密度、维氏硬度和抗拉强度等性能都随初始铁粉粒度的增大而呈明显的下降趋势,这是由于粗铁粉烧结产生显微组织粗大所致。初始铁粉粒度对SiCp/Fe复合材料性能的影响规律与纯铁粉烧结体恰恰相反,其性能随初始铁粉粒度的增大而显著升高,主要原因是粗基体粉末含有一定比例二级尺寸小颗粒,大小颗粒的配合更有效分散增强体颗粒,大颗粒铁粉更有利包含碳化硅粒子相互烧结,从而促进制备材料性能的提高。
本实验探索机械均匀化工艺采用了倾斜酒桶式混料机,混料机的转速为50r/min,磨球采用大小搭配,其中n①20:n①8=1:1。在本实验条件下,混料球料比为2:1,机械均匀化混料时间为180min,制备出的10v%SiCp/Fe复合材料,致密度可达99.4%、维氏硬度达508、抗拉强度达951MPa。SiC颗粒增强铁基复合材料的性能随机械均匀化混料球料比的增大而先增大后减小,球料比在2:1时,复合材料的性能相对较好。由于加入的磨球对粉料的冲击作用,增强粒子在基体中团聚减少,分布均匀性得到提高,复合材料的性能得到提高。随着球料比的增大,磨球对粉料的冲击能量增加,粉料产生了部分缺陷,使得复合材料的性能下降。SiC颗粒增强铁基复合材料的性能随机械均匀化混料时间先升后降,混料时间在180min时,复合材料各项性能最好。机械均匀化混料的初期,时间的延长利于粉料的均匀化,复合材料的性能得到提高,但是,过长的混料时间,冲击磨球对于复合材料性能的影响不显著,甚至造成复合材料性能的降低,因此混料存在一个180min的最佳混粉时间。