三维网络氧化铝/钢复合材料的制备及性能
发布时间：2021-11-11 22:35
采用真空消失模铸造技术,将钢液浸渗到表面化学气相沉积了金属镍涂层的氧化铝泡沫陶瓷中制备三维网络氧化铝/钢复合材料。研究复合材料的结构、抗弯强度及磨粒磨损性能。结果表明,镍涂层可使钢液有效浸渗到陶瓷骨架中,成功制备出界面结合良好的三维网络氧化铝/钢复合材料。复合材料中陶瓷/钢界面为非反应型界面,断裂过程中,裂纹沿界面扩展,复合材料的抗弯强度随陶瓷相体积分数的增加而降低。复合材料的磨损机制为以钢被切削、陶瓷断裂–脱落为特征。随陶瓷相体积分数的增加,复合材料的体积磨损量降低。
【文章来源】：硅酸盐学报. 2016,44(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
氧化铝/钢复合材料的制备工艺示意图
湿砂橡胶轮式磨损试验机进行磨粒磨损试验。砂浆配比为：自来水(1kg)+石英砂(1.5kg)，其中，石英砂的粒度为0.25～0.42mm。橡胶轮直径φ178mm，转速240r/min，硬度为HS65。磨损试样尺寸为57.0mm×25.5mm×6.0mm。所选载荷为70N，磨程559m。采用感量为0.1mg的电子天平称量，以体积磨损量(损失的质量/密度)评价材料的抗磨性能。利用D/max2200Pc型X射线衍射分析仪分析复合材料的相组成。用S-4800型扫描电子显微镜及其附配的能谱分析仪等分析材料的微观组织、断口与磨损面形貌。2结果与讨论2.1复合材料的组织与结构图2为复合材料的宏观形貌照片。由图2可见，陶瓷与钢结合紧密。图2氧化铝/钢复合材料形貌照片Fig.2PhotographofAl2O3/steelcomposite图3为微观组织形貌扫描电子显微镜(SEM)照片。由图3可见，氧化铝陶瓷骨架与钢基体紧密结合在一起，在泡沫陶瓷的孔筋与三角微孔位置上也可观察到浸入的钢，这说明镍涂层明显改善了陶瓷与钢之间的润湿性。图4为陶瓷–金属界面处的形貌SEM照片与能
·416·《硅酸盐学报》JChinCeramSoc,2016,44(3):414–4182016年谱(EDS)。由图4可见，浸渗前陶瓷表面的镍涂层已完全消失。在浸渗初始阶段，镍涂层诱导钢液浸渗到陶瓷表面，但在浸渗完成后的高温液态停留阶段，镍元素很快融入钢液中，并实现了完全扩散。图3氧化铝/钢复合材料结构SEM照片Fig.3SEMphotographofAl2O3/steelcomposite(a)Morphology(b)Distributionofelementsbylinescanning图4氧化铝/钢复合材料界面处形貌与成分分析Fig.4MorphologyandEDSspectraatinterfaceinAl2O3/steelcomposite图5为复合材料的X射线衍射(XRD)谱。由图5可知，复合材料的组成相为Fe、Al2O3及莫来石，未检测到单相Ni的存在，这也证实了上述分析。图5氧化铝/钢复合材料复合材料的XRD谱Fig.5XRDpatternofAl2O3/steelcomposite2.2复合材料的抗弯强度图6为氧化铝/钢复合材料的抗弯强度。由图6可见，复合材料的抗弯强度随陶瓷体积分数的增加而降低。目前，对三维网络陶瓷–金属复合材料相关研究结果不一致，这一差异与界面结合状况有关。镍涂层虽然改善了润湿性，但界面未发生反应，属弱界面。该类界面不能有效传递应力，可视为复合材料中的缺陷。随陶瓷相体积分数升高，缺陷增加，强度降低。图6氧化铝/钢复合材料的抗弯强度与陶瓷相体积分数关系曲线Fig.6Relationshipbetweenflexuralstrengthandvolumefraction(φ)ofceramicphaseinAl2O3/steelcomposite图7为氧化铝/钢复合材料的弯曲断口形貌SEM照片和EDS谱。由图7a可见，钢呈现出明显的塑性断裂特征，陶瓷为解理断裂，陶瓷与钢界面出现明显的裂纹。在断裂的陶瓷区域中，存在许多球形颗粒(图7b)。能谱分析结果(图7c)表明，其中，主要元素为Fe、Ni
【参考文献】：
期刊论文
[1]Al2O3陶瓷表面化学气相沉积Ni涂层及其与Cu润湿性[J]. 刘娟娟,桑可正,韩璐,杨建锋. 硅酸盐学报. 2014(03)
[2]无压浸渗制备含镍陶瓷/铁基合金复合材料微观组织及浸渗机理[J]. 杨少锋,陈维平,韩孟岩,朱德志. 功能材料. 2011(03)
[3]三维连续网络结构陶瓷/金属复合材料的研究进展[J]. 冯胜山,王泽建,刘庆丰,许顺红,李金山,王存贵. 材料开发与应用. 2009(01)
[4]三维网络结构增强金属基复合材料的抗压强度模型[J]. 王守仁,耿浩然,王英姿,惠林海. 复合材料学报. 2006(05)
[5]金属基复合材料的自发浸渗制备工艺[J]. 边涛,潘颐,崔岩,益小苏. 材料导报. 2002(01)
本文编号：3489662
【文章来源】：硅酸盐学报. 2016,44(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
氧化铝/钢复合材料的制备工艺示意图
湿砂橡胶轮式磨损试验机进行磨粒磨损试验。砂浆配比为：自来水(1kg)+石英砂(1.5kg)，其中，石英砂的粒度为0.25～0.42mm。橡胶轮直径φ178mm，转速240r/min，硬度为HS65。磨损试样尺寸为57.0mm×25.5mm×6.0mm。所选载荷为70N，磨程559m。采用感量为0.1mg的电子天平称量，以体积磨损量(损失的质量/密度)评价材料的抗磨性能。利用D/max2200Pc型X射线衍射分析仪分析复合材料的相组成。用S-4800型扫描电子显微镜及其附配的能谱分析仪等分析材料的微观组织、断口与磨损面形貌。2结果与讨论2.1复合材料的组织与结构图2为复合材料的宏观形貌照片。由图2可见，陶瓷与钢结合紧密。图2氧化铝/钢复合材料形貌照片Fig.2PhotographofAl2O3/steelcomposite图3为微观组织形貌扫描电子显微镜(SEM)照片。由图3可见，氧化铝陶瓷骨架与钢基体紧密结合在一起，在泡沫陶瓷的孔筋与三角微孔位置上也可观察到浸入的钢，这说明镍涂层明显改善了陶瓷与钢之间的润湿性。图4为陶瓷–金属界面处的形貌SEM照片与能
·416·《硅酸盐学报》JChinCeramSoc,2016,44(3):414–4182016年谱(EDS)。由图4可见，浸渗前陶瓷表面的镍涂层已完全消失。在浸渗初始阶段，镍涂层诱导钢液浸渗到陶瓷表面，但在浸渗完成后的高温液态停留阶段，镍元素很快融入钢液中，并实现了完全扩散。图3氧化铝/钢复合材料结构SEM照片Fig.3SEMphotographofAl2O3/steelcomposite(a)Morphology(b)Distributionofelementsbylinescanning图4氧化铝/钢复合材料界面处形貌与成分分析Fig.4MorphologyandEDSspectraatinterfaceinAl2O3/steelcomposite图5为复合材料的X射线衍射(XRD)谱。由图5可知，复合材料的组成相为Fe、Al2O3及莫来石，未检测到单相Ni的存在，这也证实了上述分析。图5氧化铝/钢复合材料复合材料的XRD谱Fig.5XRDpatternofAl2O3/steelcomposite2.2复合材料的抗弯强度图6为氧化铝/钢复合材料的抗弯强度。由图6可见，复合材料的抗弯强度随陶瓷体积分数的增加而降低。目前，对三维网络陶瓷–金属复合材料相关研究结果不一致，这一差异与界面结合状况有关。镍涂层虽然改善了润湿性，但界面未发生反应，属弱界面。该类界面不能有效传递应力，可视为复合材料中的缺陷。随陶瓷相体积分数升高，缺陷增加，强度降低。图6氧化铝/钢复合材料的抗弯强度与陶瓷相体积分数关系曲线Fig.6Relationshipbetweenflexuralstrengthandvolumefraction(φ)ofceramicphaseinAl2O3/steelcomposite图7为氧化铝/钢复合材料的弯曲断口形貌SEM照片和EDS谱。由图7a可见，钢呈现出明显的塑性断裂特征，陶瓷为解理断裂，陶瓷与钢界面出现明显的裂纹。在断裂的陶瓷区域中，存在许多球形颗粒(图7b)。能谱分析结果(图7c)表明，其中，主要元素为Fe、Ni
【参考文献】：
期刊论文
[1]Al2O3陶瓷表面化学气相沉积Ni涂层及其与Cu润湿性[J]. 刘娟娟,桑可正,韩璐,杨建锋. 硅酸盐学报. 2014(03)
[2]无压浸渗制备含镍陶瓷/铁基合金复合材料微观组织及浸渗机理[J]. 杨少锋,陈维平,韩孟岩,朱德志. 功能材料. 2011(03)
[3]三维连续网络结构陶瓷/金属复合材料的研究进展[J]. 冯胜山,王泽建,刘庆丰,许顺红,李金山,王存贵. 材料开发与应用. 2009(01)
[4]三维网络结构增强金属基复合材料的抗压强度模型[J]. 王守仁,耿浩然,王英姿,惠林海. 复合材料学报. 2006(05)
[5]金属基复合材料的自发浸渗制备工艺[J]. 边涛,潘颐,崔岩,益小苏. 材料导报. 2002(01)
本文编号：3489662
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