随着科技发展,工业化进程的不断推进,材料的磨损越来越严重,传统钢铁耐磨材料已无法满足耐磨需求。陶瓷颗粒增强金属基耐磨复合材料因兼具陶瓷颗粒高模量、高比强度、高耐磨性和高热稳定性的特点,以及金属材料良好韧性、抗冲击能力、易加工成型能力的特点,成为替代传统钢铁耐磨材料首选材料。目前国内对该材料的制备仍处于实验室研究阶段,对于其在大型耐磨设备上的应用研究较少,大型复合耐磨件均来自进口,因此对于颗粒增强钢铁基复合材料的应用性研究具有重大的现实意义。本文针对传统的整层复合材料存在的不足,对复合材料结构进行合理的优化设计。从利于金属液对预制体的浸渗以及复合材料使用性能角度出发,将陶瓷颗粒预制体制成多孔蜂窝状结构,使金属液全方位、多角度的完成对预制体的渗透,大幅度提高金属液的渗透能力,可以得到70mm～80mm厚的复合层,且能够保证材料成型过程的稳定性。另外,蜂窝状复合层结构提高了复合材料抗冲击磨损能力,有效的抑制了整层复合层断裂和整层剥落。蜂窝多孔预制体的孔型结构、尺寸是影响复合材料成型的主要问题,本文从理论角度探讨了圆柱形孔型与六棱柱形孔型结构的优缺点,得出了采用六棱柱形孔型有利于提高金属液渗透能力和陶瓷颗粒均匀分布的结论。结果表明：在柱形中体积及孔深相同的条件下,正六棱柱形孔的侧面积要比圆柱形孔侧面积高5.1%,提高了金属液与预制体的接触面积。本文探讨了颗粒种类对复合材料使用及成型的影响,得出了锆刚玉陶瓷颗粒是替代普通氧化铝陶瓷的理想材料。从增加预制体孔隙率角度出发,探讨了陶瓷粒度、形状以及粒度分布对堆积孔隙率及堆积孔径的影响。结果表明：粒度为F12的陶瓷颗粒能够保证足够大的毛细孔径,有利于金属液突破其表面张力在预制体毛细孔内流动；球形度低、单一粒径分布的颗粒可提高预制体中孔隙率,利于金属液对预制体的浸渗。本文通过在预制体中添加不同的第三项物质,提高金属液渗透性。结果表明：传统方法(如添加合金颗粒、活性金属镀层)对金属液浸渗性能改善效果有限,难于实现其工业化应用。采用添加碳化物小颗粒法,能够有效改善金属液渗透性,且B4C的改善效果较为稳定,得到复合效果理想,缺陷少,复合层厚度大,可以实现其工业化应用,且通过其组织分析和磨损性能测试进一步证明该方法制备复合材料的可行性。本文从理论角度初步分析了B4C粉末粒包覆处理对复合效果的影响机理。结果表明：在空气中温度高于600℃时,B4C开始发生氧化,空气中800℃煅烧21h可完全转化为玻璃相B203,在1000℃～1250。C之间B203能够与A1203发生反应9Al2O3·2B2O3柱状晶体,具有很好的致密性及中高温强度；在1000℃～1100℃条件下,元素中期表中第Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ族过渡金属碳化硼能够发生剧烈反应生产金属硼化物。通过玻璃相B203对陶瓷颗粒表面的扩散,以及金属液与B4C之间反应产物,可以在金属基体和颗粒之间形成微弱的界面结合,提高颗粒与金属结合强度。