包覆混料工艺对混合尺寸强化粒子SiCp/Fe复合材料性能影响的研究

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颗粒增强铁基复合材料具有高强度和优异的耐磨性能等一系列优点,因而得到广泛的开发和研究关注,已经表现出巨大的应用前景。SiC颗粒以高硬度,高耐磨,密度小,耐高温,价格低等优点而被广泛应用于制备复合材料。对于SiC颗粒增强金属基复合材料,增强颗粒在基体中的分布均匀性对颗粒增强金属基复合材料的性能具有重要影响,所以研究包覆混料工艺对SiCp/Fe复合材料性能的影响十分必要,本课题组已经对包覆混料工艺进行了初步研究,本文主要研究SiC颗粒化学镀铜后包覆混料工艺对复合材料性能的影响。实验得出:包覆混料工艺球料比为3:1,转速为200r/min时,SiCp/Fe复合材料的力学性能随混料时间先升后降,混料时间在3h时,材料各项性能最好。采用本研究得出的最佳包覆混料工艺,电流直加热动态热压烧结后,相对于普通混料工艺,SiC粒子未镀铜,含量20%,粒子标称尺寸21μm的SiCp/Fe复合材料,抗拉强度提高了13%,延伸率提高了53.3%。而对于粒子镀铜的该SiCp/Fe复合材料,抗拉强度提高了7%,延伸率提高了20%。粒子镀铜后包覆混料工艺仍然能有效改善复合材料的性能,充分体现了包覆混料工艺的重要性。本文采用最佳包覆混料工艺,研究了SiC镀铜后不同尺寸混合增强铁基复合材料性能的对比,结果表明:10μm+21μm(1:1)混合尺寸SiC颗粒增强铁基复合材料,SiC体积分数为30%时,其抗拉强度提高值最大,比21μm单一尺寸强化的该复合材料提高了70MPa。与粒子不镀铜处理的复合材料的混合强化作用的研究结果对比,镀铜粒子混合强化对强度表现出相同幅度的改善作用。我们进一步研究了混合尺寸表面镀铜SiC颗粒增强铁基复合材料的磨损性能,结果表明:混合尺寸SiC颗粒增强的铁基复合材料的磨损性能好于单一尺寸。当SiC体积含量为20%,镀铜SiC粒子尺寸为21μm与45μm混合时,磨损量最少,与单一尺寸颗粒增强铁基复合材料相比,复合材料的磨损量显著降低。随SiC颗粒含量由20%增加到30%,SiCp/Fe复合材料的磨损量增加,磨损性能变差,这是由于当SiC颗粒含量过高时,随着颗粒含量增加,材料微观缺陷增多,使SiCp/Fe复合材料的磨损性能明显降低。磨损照片分析表明,21μm+45μm尺寸组合的SiC颗粒增强铁基复合材料的磨损照片与45μm单一尺寸强化相比,试样表面划痕和犁沟现象不明显,而单一45μm尺寸强化SiC颗粒增强铁基复合材料的磨损表面有块状物质脱落,出现凹坑,这表明,混合尺寸SiC颗粒增强铁基复合材料的磨损性能好,可能是由于混合尺寸颗粒增强提高了复合材料的强度,减少界面缺陷,减少了强化粒子的磨损脱落,又能更好的抵抗摩擦面的微切削损伤。
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