TiC/NbC陶瓷颗粒增强Fe基复合材料的制备及性能研究
发布时间：2021-06-12 08:25
颗粒增强金属基复合材料（PMMC）由分散在金属中的陶瓷颗粒组成,PMMC常用的制备方法是粉末冶金（PM）技术,PM是确保增强材料在基体内良好分布的最简单的方法。将TiC、NbC陶瓷颗粒均匀分散在Fe基体中,通过放电等离子烧结技术（SPS）得到了颗粒增强铁基复合材料,该复合材料具有Fe基体的高强度和TiC、NbC陶瓷相高硬度的综合性能。本文通过SPS技术制备陶瓷颗粒增强铁基复合材料,对该材料的微观结构和力学性能进行了研究,主要研究:（1）Fe粉,TiC粉,NbC粉经过球磨混合后的复合粉末的粒度大小对烧结成型的块体复合材料的显微组织和力学性能的影响;（2）Fe粉,TiC粉,NbC粉的不同配料比对烧结成型的块体复合材料的显微组织及力学性能的影响;（3）选取实验中力学性能最佳的配料比配制复合粉末,经过SPS烧结后,在真空条件下分别在1 100℃,1 250℃,1 400℃下进行热处理,对复合材料的显微组织和力学性能进行研究及分析。得出以下结论:（1）复合粉末的粒度大小能够对烧结成型的块体复合材料的力学性能产生显著的影响,结合复合材料的扫描电子显微镜（SEM）图以及能谱（EDS）图可知,经过行星...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
烧结过程中从混合粉末到
实后的复合粉末坯体在一定的压力条件、一定的气氛条件和一定的温度条件下进行复合粉末致密化的过程。在复合粉末烧结过程中，材料的致密化与晶粒粗化同时发生，在烧结的最后阶段晶粒的生长会占主导地位，最终阶段的晶粒长大是由于界面反应控制的奥斯特瓦尔德熟化[18]造成的。最终阶段的晶粒长大是由于界面反应二次重排后，烧结中的复合材料完全或几乎完全致密，因此，最终的烧结阶段会在晶粒尺寸、分布和形状以及粘结剂相分布方面影响微观结构。微观结构的变化会影响复合材料的机械性能，例如硬度、强度、耐磨性和断裂韧性。图1.1所示为烧结过程中，复合粉末到完全致密的烧结体的微观结构的变化。图1.1烧结过程中从混合粉末到完全致密的烧结体的微观结构的变化1.2放电等离子烧结技术铁基复合材料是用量最大的一类金属基复合材料，具有成本低、机加工性能好、可焊性好、可热处理等一系列优点，有望发展并替代部分铸造零部件及贵合金材料。然而，要制备出高性能铁基复合材料，必须解决烧结铁基复合材料的气孔率、提高其强度、硬度和耐磨性能等方面问题。陶瓷颗粒增强铁基复合材料在高温应用中具有许多独特的优势，但它们即使在非常高的温度下，原子扩散率也非常低的，因此很难致
内蒙古科技大学硕士学位论文-7-虽然SPS系统使用电流进行烧结，但该技术也不仅限于导电粉末，SPS还具有烧结非导电粉末的能力。但是，粉末的电导率确实会影响粉末的加热方式。传导性材料通过流经粉末样品的直流电引起的焦耳热（自热）和石墨模具的热传导而被加热；非导电材料仅通过石墨模具热传导进行加热。SPS作为一种先进的材料加工技术，可生产均质的高密度纳米结构烧结体、功能梯度材料（FGM）、精细陶瓷、复合材料、新型耐磨材料、热电半导体和生物材料[18，38]。其中重要的一点需要注意的是，只有当其他材料烧结技术无效时，一些特定的材料才可以通过SPS进行烧结，比如纳米结构材料和生物材料[18]。因此，SPS烧结技术和传统烧结技术之间的明显区别是加热方式。例如，由热压（HP）烧结的材料仅通过来自容器的热传导而被加热，而与该材料是否导电无关。而脉冲电流使得SPS的加热方式变得更加复杂，因此了解SPS过程中脉冲电流的影响对于控制所得的微观结构和烧结产品的性能非常重要[18，19]。图1.2所示为SPS烧结设备工作中真空舱内石墨模具观测情况。图1.2SPS设备真空室工作中的情况1.2.2其他烧结技术陶瓷-金属基复合材料的传统烧结技术包含有无压烧结（PLS）、有压烧结（热压（HP）和热等静压烧结（HIP））[39]。无压烧结是最古老的陶瓷烧结方法，已广泛用于陶瓷的工业制造。无压烧结的优势包括低成本、易用性高以及用于烧结形状复杂的产品的灵活性。虽然有压烧结的技术性更复杂一些，但是有压烧结更具有优势。有压烧结技术的主要优点是它们能够在比无压力烧结技术更低的温度下获得完全致密的陶瓷-金属基复合材料。下面介绍几种有压烧结和无压烧结技术。（1）热等静压烧结（HIP）
【参考文献】：
期刊论文
[1]TiC含量对铁基复合材料力学性能及耐磨性能的影响[J]. 董虎林,包海萍,彭建洪. 金属学报. 2019(08)
[2]TiC/Fe基复合材料的耐磨性能研究[J]. 马雪姣,李毅,崔海霞,朱鹏霄,张翔. 热加工工艺. 2019(06)
[3]陶瓷颗粒增强粉末冶金Fe–2Cu–0.6C复合材料的微观结构和力学性能[J]. 何勤求,李普明,袁勇,张德金,刘增林,李松林. 粉末冶金技术. 2019(01)
[4]含微纳B4C/Ti颗粒铜基复合材料的微观组织与力学性能（英文）[J]. 安德成,王文先,陈洪胜,谭敏波,王苗. 稀有金属材料与工程. 2019(02)
[5]颗粒增强金属基复合材料的强化机理研究现状[J]. 叶想平,李英雷,翁继东,蔡灵仓,刘仓理. 材料工程. 2018(12)
[6]SPS烧结原位制备Al2O3-TiC增强Cu基复合材料的组织与性能[J]. 许海,李钊,王俊峰,陈金水,肖翔鹏. 材料热处理学报. 2018(05)
[7]基于Murty准则的SiCp/Al复合材料热加工图研究[J]. 袁战伟,李付国,王春伟,王瑜,郭亚杰,周亮. 材料导报. 2018(04)
[8]TiB2对γ-TiAl基合金粉末放电等离子烧结行为的影响[J]. 陈钰青,王岩,罗世彬,龚雪雯,张驰. 中国有色金属学报. 2018(01)
[9]不同类型颗粒混合增强铁基复合材料的磨损性能[J]. 曹新建,金剑锋,曹敬袆,宗亚平. 材料工程. 2017(08)
[10]WC粒度对WC-15Fe-5Ni硬质合金组织与性能的影响[J]. 朱斌,柏振海,高阳,罗兵辉. 中国有色金属学报. 2016(05)
博士论文
[1]TiC增强Fe基复合材料的制备与性能研究[D]. 郑涌.北京交通大学 2018
[2]放电等离子烧结制备陶瓷基超硬复合材料及其性能研究[D]. 袁云岗.燕山大学 2017
[3]钇铝石榴石透明陶瓷的低温制备及致密化机理研究[D]. 王蓉蓉.武汉理工大学 2017
[4]外加颗粒强化铁基材料的纳米NbC/Fe（Fe3C）复合粉末制备技术及应用[D]. 秦森.燕山大学 2014
[5]Ti-45Al-10Nb合金的粉末冶金法制备与组织性能研究[D]. 李学问.哈尔滨工业大学 2015
硕士论文
[1]ZTA颗粒增强高锰钢复合材料制备及其性能研究[D]. 马建朝.西安理工大学 2019
[2]等离子熔敷制备TiC-NbC增强铁基复合材料熔敷层的研究[D]. 杨愿愿.郑州大学 2017
[3]锆刚玉增强高铬合金基复合材料制备工艺与组织性能研究[D]. 殷会芳.山东理工大学 2017
[4]纳米压痕对颗粒增强金属基复合材料界面微区性能的研究[D]. 宋静雅.上海交通大学 2015
[5]WC/NbC颗粒增强高铬铁基粉末冶金材料制备技术及其性能研究[D]. 李子阳.华南理工大学 2015
[6]机械合金化—放电等离子法制备高强度纳米晶Al-Fe块体复合材料的研究[D]. 顾健.华中科技大学 2013
[7]Fe基非晶合金MA和SPS制备技术研究[D]. 胡冬冬.燕山大学 2012
[8]Al2O3陶瓷及Ti3SiC2-Ni复合材料的制备与表征[D]. 刘振华.兰州理工大学 2012
[9]低温烧结8YSZ的微观组织结构及力学性能研究[D]. 郭雁军.中南大学 2011
[10]Ti3AlC2陶瓷材料的SHS制备工艺[D]. 封小鹏.兰州理工大学 2011
本文编号：3226289
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
烧结过程中从混合粉末到
实后的复合粉末坯体在一定的压力条件、一定的气氛条件和一定的温度条件下进行复合粉末致密化的过程。在复合粉末烧结过程中，材料的致密化与晶粒粗化同时发生，在烧结的最后阶段晶粒的生长会占主导地位，最终阶段的晶粒长大是由于界面反应控制的奥斯特瓦尔德熟化[18]造成的。最终阶段的晶粒长大是由于界面反应二次重排后，烧结中的复合材料完全或几乎完全致密，因此，最终的烧结阶段会在晶粒尺寸、分布和形状以及粘结剂相分布方面影响微观结构。微观结构的变化会影响复合材料的机械性能，例如硬度、强度、耐磨性和断裂韧性。图1.1所示为烧结过程中，复合粉末到完全致密的烧结体的微观结构的变化。图1.1烧结过程中从混合粉末到完全致密的烧结体的微观结构的变化1.2放电等离子烧结技术铁基复合材料是用量最大的一类金属基复合材料，具有成本低、机加工性能好、可焊性好、可热处理等一系列优点，有望发展并替代部分铸造零部件及贵合金材料。然而，要制备出高性能铁基复合材料，必须解决烧结铁基复合材料的气孔率、提高其强度、硬度和耐磨性能等方面问题。陶瓷颗粒增强铁基复合材料在高温应用中具有许多独特的优势，但它们即使在非常高的温度下，原子扩散率也非常低的，因此很难致
内蒙古科技大学硕士学位论文-7-虽然SPS系统使用电流进行烧结，但该技术也不仅限于导电粉末，SPS还具有烧结非导电粉末的能力。但是，粉末的电导率确实会影响粉末的加热方式。传导性材料通过流经粉末样品的直流电引起的焦耳热（自热）和石墨模具的热传导而被加热；非导电材料仅通过石墨模具热传导进行加热。SPS作为一种先进的材料加工技术，可生产均质的高密度纳米结构烧结体、功能梯度材料（FGM）、精细陶瓷、复合材料、新型耐磨材料、热电半导体和生物材料[18，38]。其中重要的一点需要注意的是，只有当其他材料烧结技术无效时，一些特定的材料才可以通过SPS进行烧结，比如纳米结构材料和生物材料[18]。因此，SPS烧结技术和传统烧结技术之间的明显区别是加热方式。例如，由热压（HP）烧结的材料仅通过来自容器的热传导而被加热，而与该材料是否导电无关。而脉冲电流使得SPS的加热方式变得更加复杂，因此了解SPS过程中脉冲电流的影响对于控制所得的微观结构和烧结产品的性能非常重要[18，19]。图1.2所示为SPS烧结设备工作中真空舱内石墨模具观测情况。图1.2SPS设备真空室工作中的情况1.2.2其他烧结技术陶瓷-金属基复合材料的传统烧结技术包含有无压烧结（PLS）、有压烧结（热压（HP）和热等静压烧结（HIP））[39]。无压烧结是最古老的陶瓷烧结方法，已广泛用于陶瓷的工业制造。无压烧结的优势包括低成本、易用性高以及用于烧结形状复杂的产品的灵活性。虽然有压烧结的技术性更复杂一些，但是有压烧结更具有优势。有压烧结技术的主要优点是它们能够在比无压力烧结技术更低的温度下获得完全致密的陶瓷-金属基复合材料。下面介绍几种有压烧结和无压烧结技术。（1）热等静压烧结（HIP）
【参考文献】：
期刊论文
[1]TiC含量对铁基复合材料力学性能及耐磨性能的影响[J]. 董虎林,包海萍,彭建洪. 金属学报. 2019(08)
[2]TiC/Fe基复合材料的耐磨性能研究[J]. 马雪姣,李毅,崔海霞,朱鹏霄,张翔. 热加工工艺. 2019(06)
[3]陶瓷颗粒增强粉末冶金Fe–2Cu–0.6C复合材料的微观结构和力学性能[J]. 何勤求,李普明,袁勇,张德金,刘增林,李松林. 粉末冶金技术. 2019(01)
[4]含微纳B4C/Ti颗粒铜基复合材料的微观组织与力学性能（英文）[J]. 安德成,王文先,陈洪胜,谭敏波,王苗. 稀有金属材料与工程. 2019(02)
[5]颗粒增强金属基复合材料的强化机理研究现状[J]. 叶想平,李英雷,翁继东,蔡灵仓,刘仓理. 材料工程. 2018(12)
[6]SPS烧结原位制备Al2O3-TiC增强Cu基复合材料的组织与性能[J]. 许海,李钊,王俊峰,陈金水,肖翔鹏. 材料热处理学报. 2018(05)
[7]基于Murty准则的SiCp/Al复合材料热加工图研究[J]. 袁战伟,李付国,王春伟,王瑜,郭亚杰,周亮. 材料导报. 2018(04)
[8]TiB2对γ-TiAl基合金粉末放电等离子烧结行为的影响[J]. 陈钰青,王岩,罗世彬,龚雪雯,张驰. 中国有色金属学报. 2018(01)
[9]不同类型颗粒混合增强铁基复合材料的磨损性能[J]. 曹新建,金剑锋,曹敬袆,宗亚平. 材料工程. 2017(08)
[10]WC粒度对WC-15Fe-5Ni硬质合金组织与性能的影响[J]. 朱斌,柏振海,高阳,罗兵辉. 中国有色金属学报. 2016(05)
博士论文
[1]TiC增强Fe基复合材料的制备与性能研究[D]. 郑涌.北京交通大学 2018
[2]放电等离子烧结制备陶瓷基超硬复合材料及其性能研究[D]. 袁云岗.燕山大学 2017
[3]钇铝石榴石透明陶瓷的低温制备及致密化机理研究[D]. 王蓉蓉.武汉理工大学 2017
[4]外加颗粒强化铁基材料的纳米NbC/Fe（Fe3C）复合粉末制备技术及应用[D]. 秦森.燕山大学 2014
[5]Ti-45Al-10Nb合金的粉末冶金法制备与组织性能研究[D]. 李学问.哈尔滨工业大学 2015
硕士论文
[1]ZTA颗粒增强高锰钢复合材料制备及其性能研究[D]. 马建朝.西安理工大学 2019
[2]等离子熔敷制备TiC-NbC增强铁基复合材料熔敷层的研究[D]. 杨愿愿.郑州大学 2017
[3]锆刚玉增强高铬合金基复合材料制备工艺与组织性能研究[D]. 殷会芳.山东理工大学 2017
[4]纳米压痕对颗粒增强金属基复合材料界面微区性能的研究[D]. 宋静雅.上海交通大学 2015
[5]WC/NbC颗粒增强高铬铁基粉末冶金材料制备技术及其性能研究[D]. 李子阳.华南理工大学 2015
[6]机械合金化—放电等离子法制备高强度纳米晶Al-Fe块体复合材料的研究[D]. 顾健.华中科技大学 2013
[7]Fe基非晶合金MA和SPS制备技术研究[D]. 胡冬冬.燕山大学 2012
[8]Al2O3陶瓷及Ti3SiC2-Ni复合材料的制备与表征[D]. 刘振华.兰州理工大学 2012
[9]低温烧结8YSZ的微观组织结构及力学性能研究[D]. 郭雁军.中南大学 2011
[10]Ti3AlC2陶瓷材料的SHS制备工艺[D]. 封小鹏.兰州理工大学 2011
本文编号：3226289
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