Ti(C,N)/Fe复合材料制备工艺及其性能研究

来源 :山东轻工业学院 齐鲁工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wanglt111
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金属基复合材料作为复合材料的一个重要分支在近几十年来得到了迅速的发展和广泛的应用,金属基复合材料发展的早期主要集中在以玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢)上,但是随着工业水平的发展和对复合材料的研究的深入,人们发现传统的复合材料尤其是以聚合物为基体的复合材料在应用于高温条件和其他特殊条件时具有很大的局限性,因此既具有高硬度、高强度、高熔点同时又具备良好的机械加工性能和高导电导热等性能的颗粒增强铁基复合材料在近年来得到了极大的发展。由于铁是最为常用的结构工程材料,因此改善和提高以铁为基体的复合材料的性能必定具有很大的研究价值。本文以钛铁、氮化铬铁、碳粉和海绵钛为原料通过原位自生技术制备了Ti(C,N)/Fe复合材料,另外,本文从提高Ti(C,N)/Fe复合材料的综合力学性能的角度出发,采用真空热压烧结工艺制备出了综合性能较好的Ti(C,N)/Fe复合材料,并对复合材料的组分、微观结构、烧结工艺参数及其摩擦磨损性能进行了系统的研究。本论文就Ti(C,N)含量、烧结工艺对Ti(C,N)/Fe复合材料的综合力学性能和微观结构的影响进行了系统的探讨。实验结果表明在烧结温度为1300℃、保温时间为60min、烧结压力为20MPa时Ti(C,N)含量为30%的Ti(C,N)/Fe复合材料具有良好的综合力学性能,其抗弯强度为838MPa、断裂韧性为15.62MPa·m1/2、硬度为9.58GPa,与传统的金属材料相比,虽然在抗弯强度和断裂韧性方面有略微的下降,但是其硬度有了很大的提高,综合力学性能的到了平衡和优化。就微观结构而言,本实验得到的Ti(C,N)/Fe复合材料组织均匀,晶粒尺寸细小且分布均匀,对复合材料起到了很好的弥散强化的作用。在断裂的过程中,呈现出穿晶断裂和沿晶断裂相混合的混合断裂模式。对所制备的Ti(C,N)/Fe复合材料的摩擦磨损性能进行了研究,研究分析了Ti(C,N)含量、烧结工艺对复合材料摩擦系数与磨损率的影响。另外借助扫描电镜和X射线衍射分析仪对磨损试样表面进行了微观结构及表面形貌观察与分析,进而对Ti(C,N)/Fe复合材料的磨损机理进行了研究。研究表明其磨损机理主要为由于摩擦磨损过程中晶粒的剥落和脆性断裂所引起的磨粒磨损以及粘着磨损。
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