铸渗法制备SiC颗粒增强钢基表面复合材料的研究

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机械零部件的失效,约有75%-80%是由于磨损造成的。随着现代工业的不断发展,迫切需要能在高温、高速、冲蚀、磨损条件下具有更加优异的综合性能的新材料。近几年发展起来的颗粒增强金属基复合材料由于其既保持了金属热稳定性好、延展性好的优点,同时又具有陶瓷颗粒的耐腐蚀强、抗高温氧化和高耐磨性等特点而备受瞩目。 本文结合冲蚀磨损的实际情况,采用消失模铸渗新工艺——消失模铸造技术与铸渗工艺结合将耐腐蚀性强、耐磨性高的SiC颗粒复合在钢的表面形成了SiC颗粒表面复合层,从而获得具有良好耐磨、耐腐蚀的钢基表面复合材料。本文具体研究了SiC粒度、SiC预制体粘接剂、添加剂以及工艺参数对铸渗层深度和熔合质量的影响。研究结果表明,影响铸渗层组织、铸渗速度与深度的主要因素有钢液与SiC粒子的润湿性、真空度、浇注温度、铸渗元素种类等。在碳化硅预制膏块中添加粘土(水),硼酸和氟化钠可以阻止SiC粒子分解、起到保护碳化硅粒子的作用;而且碳化硅分解出的硅促进了碳化硅分解出的碳的石墨化。 本研究工作得到的主要结果有: (1)适合采用消失模铸渗法制备钢基表面复合材料的碳化硅粒子的粒度为20目~30目左右,既保证钢液的浸渗,又能防止SiC粒子的完全分解。 (2)2%的粘土作为SiC预制膏块的粘结剂和2%氟化钠+2%硼酸作添加剂,可以取得良好的铸渗效果,铸渗层存在明显的复合层、过渡区和基体区。 (3)以35~#钢为基体,在1550℃铸渗碳化硅粒子,可在铸钢件表面形成结合良好的复合层,复合层组织中含有具有高耐磨性的SiC粒子。复合层表面平整,SiC颗粒分布均匀,界面结合状况良好。而且铸渗工艺稳定,易于操作。 (4)探讨了碳化硅粒子复合层形成的热力学及动力学条件,指出了形成SiC粒子复合层的必要条件。 研究表明,铸渗法制取SiC颗粒增强钢基表面复合材料是可行的。这为颗粒增强金属基复合材料制备工艺提供了一条新思路。
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