TiC_x-Fe基复合材料的制备以及摩擦性能的研究

发布时间：2018-01-20 23:20

  本文关键词： TiC_x-Fe基复合材料 润湿性 显微结构 摩擦　出处：《北京交通大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：为获得一种耐磨的陶瓷增强铁基复合材料,本文从提高陶瓷增强相和铁基体之间的润湿性入手,运用Ti_3AlC_2特殊的三元层状结构,原位热压制备了 TiC_x-Fe基复合材料,测试分析了复合材料的显微结构和弯曲、压缩、拉伸、硬度等力学性能以及分别在干摩擦和润滑摩擦条件下,摩擦系数、磨损率随法向载荷和增强相含量的变化规律,同时分析了复合材料的磨损表面。研究结果表明:(1)以Ti_3AlC_2粉(体积含量为10%～40%)和Fe粉作为原料,在Ar气保护下升温至1400℃,保温30 min;再降温至1250℃下加压30 Mpa,保温保压30 min,从而制备复合材料。当原料Ti_3AlC_2的体积含量从10%增加到40%时,Ti_3AlC_2都分解形成TiC_x,而Al原子则扩散进入Fe基体中,进而原位自生制备了增强相体积含量为(7.6%、15.61%、24.07%、33.47%)的TiC_x-Fe基复合材料。从显微结构中发现,没有明显的缺陷出现。(2)制备的7.6%TiC_x-Fe基复合材料具有优异的塑性,在三点弯曲实验中没有被弯断。在拉伸实验中抗拉强度达到了419 MPa,伸长率达到了 6.82%;15.6%TiC_x-Fe基复合材料的抗弯强度达到了 987 MPa,抗拉强度达到了 518 MPa,同时断后延伸率也达到5.19%;观察复合材料的拉伸断口,也能发现很多韧窝和剪切脊,这说明TiC_x-Fe基复合材料表现出了较高的强度以及较好的韧性。随着增强相含量的提高,复合的脆性增强,在弯曲和压缩实验中均表现出了脆性断裂,24.07%TiC_x-Fe的弯曲强度达到了 786 MPa,33.47%TiC_x-Fe的压缩强度达到了1356 MPa,这主要归因于增强相颗粒与基体之间良好的界面结合。(3)干摩擦条件下,速度为10 m/s时,复合材料的摩擦系数变化范围为0.36～0.453;7.6%TiC_x-Fe基复合材料的磨损率随法向载荷的变化范围为8.69× 1 0-6 mm3/N·m～19.25×10-6mm3/N·m,其它成分的复合材料的磨损率随法向载荷的变化比较稳定,并且保持在一个相对较小的值;7.6%TiC_x-Fe和24.07%TiC_x-Fe基复合材料的摩擦系数随速度(5m/s～20m/s)的增大而减小,而磨损率随速度的增大而呈现增大的趋势。这主要归因于磨损面上形成了一层氧化物薄膜。(4)在润滑摩擦条件下,速度为10m/s时,随法向载荷的增大复合材料的摩擦系数先减小后保持相对稳定,随增强相含量的增多而变小,变化范围为0.095～0.17;磨损率随增强相含量的增大而减小,随法向载荷的增大而增大,变化范围为2.17～5.91×10-7mm3/N·m,其良好的干摩擦性能主要与磨损面上的氧化物薄膜和润滑油有关。
[Abstract]:In order to obtain a wear-resistant ceramic reinforced iron matrix composite, the wettability between the ceramic reinforced phase and the iron matrix was improved in this paper, and the special ternary layered structure of Ti_3AlC_2 was used. TiC_x-Fe matrix composites were prepared by in-situ hot pressing. The microstructure and mechanical properties of the composites, such as bending, compression, tensile, hardness and dry friction and lubricating friction, were tested and analyzed. The variation of friction coefficient and wear rate with normal load and reinforcement phase content. The wear surface of the composite is also analyzed. The results show that the Ti_3AlC_2 powder (volume content is 10 ~ 40) and Fe powder are used as raw materials. Under the protection of ar gas, the temperature is increased to 1400 鈩，

本文编号：1449734