作为材料科学的前沿,复合材料一直是新型材料研究的热点,其中发展最快的是陶瓷增强金属基复合材料。这是因为复合材料结合了陶瓷材料高硬度、高耐磨性等特点和金属材料良好的韧性与塑性等优点于一体。研究制备新型陶瓷增强金属基复合材料,替代传统钢铁耐磨材料应用于恶劣磨损工况中,既有科学意义,又有工程应用价值。本文以工业中雷蒙磨磨辊和球磨机（湿磨）衬板为背景,以提高材料的耐磨性为目标,对比应用量大且广的传统耐磨材料高锰钢进行复合材料研究。本文借助金相显微镜、硬度计（布氏硬度及显微硬度）、高应力三体磨料磨损试验机、动载冲击磨料磨损试验机、扫描电镜、电子探针等仪器设备,纵向和横向对比分析Al₂O₃陶瓷增强金属基复合材料的复合界面状况,Al₂O₃颗粒增强高锰钢基复合材料的高应力三体磨料磨损特性,以及Al₂O₃微粉增强高锰钢基复合材料、Al₂O₃棒增强高锰钢基复合材料的动载冲击磨料磨损特性。本文为了减小Al₂O₃陶瓷与高锰钢基体之间的润湿角,采用了陶瓷增强体表面化学镀镍的工艺,并用消失模铸造法制备出复合材料。通过高应力三体磨料磨损试验,对比研究Al₂O₃颗粒增强高锰钢基复合材料和高锰钢的耐磨特性。研究结果表明,本试验条件下Al₂O₃颗粒增强高锰钢基复合材料中陶瓷颗粒与高锰钢基体没有明显的成分过渡,界面处无明显裂缝,说明试样中虽然没有形成冶金结合,但是机械咬合紧密。在3 kg和5 kg两种不同载荷下,Al₂O₃颗粒增强高锰钢基复合材料的耐磨性都优于高锰钢的耐磨性,而且随着磨损时间的延长,复合材料的相对耐磨性不断提高。在3 kg载荷120分钟磨损条件下复合材料的耐磨性是高锰钢的1.39倍,在5 kg载荷120分钟磨损条件下复合材料的耐磨性是高锰钢的1.27倍,可见较低载荷下Al₂O₃颗粒增强高锰钢基复合材料相对耐磨性较高。亚表层显微硬度测试表明,高锰钢和Al₂O₃颗粒增强高锰钢基复合材料在相同磨损时间下,5 kg载荷下的磨损硬化效果高于3 kg载荷下的磨损硬化效果。同时,纯高锰钢的磨损硬化硬度值最高可达到580 HV,而复合材料在较高载荷下由于陶瓷颗粒的保护,其高锰钢基体磨损硬化效果没有纯高锰钢明显。采用动载冲击磨料磨损试验,对比研究Al₂O₃微粉增强高锰钢基复合材料、Al₂O₃棒增强高锰钢基复合材料和高锰钢的耐磨特性。研究结果表明,本试验条件下Al₂O₃微粉增强高锰钢基复合材料中陶瓷微粉与高锰钢基体界面处无明显裂缝,且有明显成分过渡,说明该复合材料的复合界面结合机制有发展为冶金结合的趋势。在2.5 J和4.5 J两种不同冲击功下,Al₂O₃微粉增强高锰钢基复合材料耐磨性优于高锰钢的耐磨性,而且在低冲击功下,Al₂O₃微粉增强高锰钢基复合材料的耐磨性更高。2.5 J冲击功下Al₂O₃微粉增强高锰钢基复合材料的耐磨性是高锰钢的6.25倍,Al₂O₃棒增强高锰钢基复合材料的耐磨性是高锰钢的5.26倍。4.5 J冲击功下Al₂O₃微粉增强高锰钢基复合材料的耐磨性是高锰钢的1.06倍,Al₂O₃棒增强高锰钢基复合材料的耐磨性是高锰钢的0.098倍。Al₂O₃棒增强高锰钢基复合材料由于其陶瓷棒断裂,不具备优良的耐磨性。亚表层显微硬度测试表明,在2.5 J冲击功下,高锰钢最高磨损硬化硬度为493.7 HV,Al₂O₃微粉增强高锰钢基复合材料中高锰钢基体最高磨损硬化硬度为482.4 HV;而4.5 J冲击功下,高锰钢磨损硬化显微硬度最高可达522 HV,Al₂O₃微粉增强高锰钢基复合材料中高锰钢基体最高磨损硬化硬度为508.2 HV。可见4.5 J冲击功下的高锰钢磨损硬化效果明显高于2.5 J冲击功下的加工硬化效果。而复合材料在较高载荷下由于陶瓷微粉的保护,其高锰钢基体磨损硬化效果没有纯高锰钢明显。