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网络氧化铝陶瓷/铁基合金复合材料的制备

作　者: 韩孟岩
导　师: 陈维平
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 三维网络 Al2O3陶瓷/Fe合金复合材料界面结合无压浸渗微动摩擦磨损
分类号: TB333
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在食品、制药、冶金等对材料耐蚀性、耐高温、耐磨性要求较高的领域,兼备陶瓷及钢铁材料优越性能的三维网络结构陶瓷/铁基合金复合材料具有较大的潜在应用价值。本文以Al₂O₃作为陶瓷相,研究了改善其与铁基合金界面结合状况的方法以及制备三维网络Al₂O₃陶瓷/铁基合金复合材料的无压浸渗工艺。主要的研究内容和结论如下:（1）通过在Al₂O₃陶瓷体内掺杂Ni,以不锈钢作为浸渗基体,利用Ni诱导无压浸渗法成功制备了具有牢固界面结合的Al₂O₃陶瓷/不锈钢复合材料。由于钢基体与陶瓷体的界面结合处存在合金元素扩散层及界面反应,致使结合界面的拉伸强度在60 MPa以上。（2）分别以有机泡沫挂浆法及模压法制备了含Ni的空芯泡沫Al₂O₃陶瓷骨架及实芯网络Al₂O₃陶瓷骨架。经真空无压浸渗钢熔体实验表明,实芯网络陶瓷骨架具有较好的高温结构强度,由其构型的复合材料的抗弯强度达到约889 MPa;而空芯泡沫陶瓷骨架则发生坍塌,未与钢基体形成完好的复合材料。（3）通过化学方法在泡沫陶瓷表面成功获得了Ni活化层,以砂型无压浸渗法制备了具有良好结合界面的三维网络Al₂O₃陶瓷/球墨铸铁以及Al₂O₃陶瓷/高铬铁基复合材料。由于连续结构陶瓷骨架增强相的刚性承载及阻碍裂纹扩展的作用,使得球墨铸铁基网络复合材料的抗弯性能及压缩性能均好于原基体材料,其弯曲强度及压缩强度分别达到550MPa及524MPa。（4）在室温干摩擦条件下,实芯Al₂O₃陶瓷/不锈钢网络复合材料的微动摩擦磨损性能优于原钢基体材料。复合材料的微动摩擦磨损过程符合微动的三体理论,其主要磨损机制以钢基体的氧化磨损、基体相及陶瓷增强相的黏着磨损、陶瓷体磨屑及钢基体磨屑造成的磨粒磨损为主。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
第一章绪论  12-24
  1.1 陶瓷/铁合金复合材料常见制备方法  12-13
  1.2 常见的陶瓷/铁合金复合材料  13-18
  1.3 网络结构陶瓷/Fe 合金复合材料  18-22
    1.3.1 三维网络陶瓷/金属复合材料  18-19
    1.3.2 网络陶瓷骨架  19-21
    1.3.3 三维网络陶瓷/Fe 合金复合材料的研究现状  21-22
  1.4 陶瓷/Fe 合金复合材料面临的问题及未来发展趋势  22-23
  1.5 本文拟研究的主要内容  23
  1.6 课题来源  23-24
第二章掺杂Ni 对Al_2O_3陶瓷与Fe 合金结合界面的影响  24-36
  2.1 实验材料及方法  24-26
    2.1.1 实验材料  24
    2.1.2 实验过程  24-25
    2.1.3 测试方法  25-26
  2.2 实验结果与分析  26-32
    2.2.1 含Ni 复相陶瓷  26-27
    2.2.2 复合材料的结合界面  27-32
      2.2.2.1 界面结合强度  27-28
      2.2.2.2 结合界面的断面分析  28-29
      2.2.2.3 结合界面的物相分析  29-30
      2.2.2.4 结合界面处的EDS 分析  30-31
      2.2.2.5 结合界面处元素扩散分析  31-32
  2.3 无压浸渗与界面结合机理的讨论  32-35
    2.3.1 无压浸渗机理  32-34
    2.3.2 界面结合机制  34-35
  2.4 本章小结  35-36
第三章网络结构含Ni 陶瓷骨架的制备  36-48
  3.1 陶瓷骨架的制备  36-43
    3.1.1 挂浆法制备网络陶瓷骨架  36-40
      3.1.1.1 制备流程  36
      3.1.1.2 有机泡沫的选材  36-37
      3.1.1.3 浆料的制备  37
      3.1.1.4 泡沫陶瓷坯体的制备  37-38
      3.1.1.5 泡沫坯体的烧结  38-40
    3.1.2 模压法制备实芯含镍陶瓷骨架  40-43
      3.1.2.1 粉料模压过程  41
      3.1.2.2 坯体烧结过程  41-43
  3.2 陶瓷骨架的微观结构及性能  43-47
    3.2.1 微观形貌  43-45
    3.2.2 表观密度及开孔率的测定  45
    3.2.3 弯曲强度的测定  45-47
  3.3 本章小结  47-48
第四章真空无压浸渗法制备网络Al_2O_3/Fe 合金复合材料  48-58
  4.1 实验材料及方法  48-49
    4.1.1 实验材料  48-49
    4.1.2 真空无压浸渗实验过程  49
  4.2 实验结果与讨论  49-57
    4.2.1 钢液浸渗实芯网络陶瓷骨架  49-55
      4.2.1.1 无压浸渗方案的改进  49-50
      4.2.1.2 宏观形貌  50-51
      4.2.1.3 XRD 分析  51-52
      4.2.1.4 微观形貌与EDS 能谱分析  52-53
      4.2.1.5 密度  53
      4.2.1.6 弯曲性能  53-55
    4.2.2 钢液浸渗空芯泡沫陶瓷骨架  55-57
      4.2.2.1 无压浸渗方案的改进  55-56
      4.2.2.2 微观形貌与能谱分析  56-57
  4.3 本章小结  57-58
第五章泡沫陶瓷表面镀Ni 及砂型无压浸渗法制备网络复合材料的研究  58-68
  5.1 实验方法及设备  58-60
    5.1.1 泡沫陶瓷骨架表面Ni 活化处理  58-59
    5.1.2 实验用Fe 合金基体材料  59
    5.1.3 实验设备  59-60
  5.2 实验结果与分析  60-67
    5.2.1 宏观形貌  60
    5.2.2 微观结构  60-63
    5.2.3 密度  63
    5.2.4 弯曲性能  63-65
    5.2.5 压缩性能  65-67
  5.3 本章小结  67-68
第六章复合材料微动摩擦磨损性能研究  68-80
  6.1 往复式微动摩擦磨损试验  68-69
    6.1.1 试验装置  68
    6.1.2 试验材料及条件  68-69
  6.2 材料的微动摩擦磨损性能研究  69-78
    6.2.1 摩擦系数  69-72
      6.2.1.1 摩擦过程的稳定性  69-71
      6.2.1.2 平均摩擦系数  71-72
    6.2.2 磨损行为  72-78
      6.2.2.1 磨损形貌  72-77
      6.2.2.2 磨损量  77-78
  6.3 微动磨损机理讨论  78-79
  6.4 本章小结  79-80
结论  80-82
  1 论文的主要结论  80-81
  2 本论文的主要创新点  81
  3 今后进一步研究的工作进展和设想  81-82
参考文献  82-89
攻读硕士学位期间取得的研究成果  89-90
致谢  90-91
附件  91

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