铁基表面铸渗SiC陶瓷颖粒的技术基础研究

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本文采用V-EPC法铁基(铸钢、铸铁)/陶瓷颗粒(SiC)铸渗技术,形成不同组织特征铸渗复合层,通过改变工艺条件,探讨铸渗复合层的组织组成、相结构特征,并分析了不同条件下组织形成机制。研究结果表明:   1.铁基材料表面铸渗SiC陶瓷颗粒的过程中,SiC颗粒在高温发生分解,使铸渗区周围的基体组织中C、Si含量大幅度增加,导致铸渗层组织中容易出现片状石墨,致使复合层抗磨损性能下降。抑制SiC铸渗区内组织的石墨化将是制备耐磨复合材料过程中关键的一步。   2.SiC颗粒分解是一个由表面向心部逐渐分解的过程,在这个过程中,SiC颗粒表面首先与金属液接触,分解成Si、C原子向金属液基体中扩散,硅固溶于铁中形成置换型固溶体,其扩散激活能比形成间隙式固溶体的碳的扩散激活能大,因而硅原子扩散速度要小于碳原子,所以在分解区域内形成了硅的浓度梯度。   3.SiC在含铬4.2%的铸钢试样中,边部铸渗区内形成了大量的网状碳化物,铸渗合盒层区组织硬度显著提高。这主要是因为铬是强碳化物生成元素,SiC分解出来的C与基体中铬结合在铸渗区内形成了大量的碳化物(M23C6C、M7C3和M3C),从而抑制了铸渗区内石墨相的析出。   4.在灰铸铁基体中铸渗SiC颗粒,得到了颗粒分解不完全而产生的残存SiC粒子。灰铸铁基体中含Si量为1.6%,C量为3.2%,与钢基体相比,从化学平衡角度看,灰铸铁基体中高的硅、碳含量能减缓SiC在铁水中的分解反应,一定程度上抑制了SiC的分解。   5.在铸渗过程中,高温金属可使铸渗涂层中的Cr2O3耪和Al粉,Ti粉与C粉发生燃烧合成反应。Cr2O3粉和Al粉的燃烧台成反应在SiC铸渗区内生成了金属铬和Al2O3,铬以固溶体形态存在于组织中:Ti粉与C粉的燃烧合成反应在铸渗合金层区生成了新的硬质增强相TiC,弥散分部的TiC颗粒使铸涪区硬度有一定的提高,而且Ti的加入抑制了铸渗区内SiC分解。
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