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随着工业的发展,无缝钢管的应用日趋广泛,需求量及生产要求也越来越高。无缝钢管外模具套是其生产加工过程中必不可少的零部件,传统的外模具套管由H13模具钢制备,虽然H13模具钢具有较好的综合性能,但是在使用过程中,由于强大的冲击力和摩擦磨损作用,该部件极易损坏,使用寿命较短,使得无缝钢管的生产成本较高,限制了批量生产与使用。为此,本文以制备一种新材料代替H13模具钢为目标,选择Al2O3/W-Cr复合材料为研究对象,确定一种较为合适的制备方法,对制备过程中增强颗粒的生成机理、增强颗粒的细化、氧化铝含量、压制压力、烧结工艺进行了研究;采用洛氏硬度计及阿基米德排水法测试了Al2O3/W-Cr的硬度和致密度;在HT-1000摩擦磨损试验机上对Al2O3/W-Cr的常温摩擦磨损性能进行了研究;采用SEM和EDS对Al2O3/W-Cr进行了组织观察、成分和磨损表面形貌分析,讨论了复合材料增强颗粒与基体的界面结合方式及常温摩擦磨损机制。本文的主要研究工作和结论如下:(1)经两种制备方法(普通粉末冶金法与溶胶凝胶自生粉末冶金法)的对比得出:溶胶凝胶自生粉末冶金法制备的Al2O3/W-Cr复合材料分散均匀,与钨铬基体结合良好,极大改善了增强颗粒的团聚现象,克服了因钨铬、氧化铝较大密度差及较差润湿性导致的结合性差的问题,是一种比较合适的制备方法。(2)Al2O3/W-Cr复合材料中增强颗粒Al2O3是由溶胶凝胶生成的Al(OH)3在烧结过程中脱水分解而得,1200℃保温一小时可以得到增强效果最佳的α-Al2O3,根据颗粒增强机理可知增强颗粒的细化能够提高增强效果,为此采用了两种细化Al2O3增强颗粒的方法并进行了验证,分别为有机溶剂置换法(醇洗法)和聚乙二醇分散剂抑制法。(3)确定了压制压力、烧结工艺、氧化铝含量与复合材料致密度、硬度的关系,得到Al2O3/W-Cr复合材料最佳的制备工艺为:压制压力为500MPa,烧结温度为1600℃,氧化铝含量为体积分数10%,此时该材料的洛氏硬度可高达59.3,致密度可高达95.63%。(4)Al2O3/W-Cr复合材料基体主要由钨、铬及钨铬固溶体构成,增强相主要由氧化铝构成,复合材料中存在铬铝化合物。Al2O3增强颗粒与基体之间结合紧密,铬在复合材料中起到了连接过渡作用,该界面连接方式并非简单的机械包裹,而是冶金结合。(5)随着Al2O3颗粒含量的增多,Al2O3/W-Cr复合材料的摩擦系数减小,磨损率降低。而随着载荷的增加,Al2O3/W-Cr复合材料的摩擦系数先增大后减小,磨损率升高。Al2O3颗粒含量或载荷较低时,磨损机制以磨粒磨损为主;随着Al2O3颗粒含量或载荷的增加,磨损机制则变为以粘着磨损为主,同时伴有磨粒磨损。