碳化钛颗粒增强锰白铜基复合材料的制备与性能研究

摘要

本文采用真空烧结法以碳化钛超细粉和白口铸铁为原料制备了碳化钛增强颗粒(以碳和钛的化合物为主)。通过机械破碎制备出不同尺寸的碳化钛颗粒。利用能谱(EDAX)及X射线衍射(XRD)，分析了碳化钛颗粒的相构成。结果表明，所制备的碳化钛颗粒主要由碳和钛的化合物所构成，碳化钛细粉含量约为55wt％时出现峰值，其硬度可达72HRC，可以作为金属基复合材料的增强颗粒。 采用真空热压烧结法以碳化钛为增强颗粒，锰白铜为基体(Cu-Ni-Mn)，制备了不同颗粒含量、不同颗粒尺寸的碳化钛颗粒增强锰白铜基复合材料。运用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDAX)、等多种分析和测试手段，较系统地研究了增强颗粒的加入对复合材料微观组织、力学性能的影响。研究结果表明，Cu-Ni-Mn锰白铜合金和碳化钛颗粒之间具有良好的润湿性、较高的结合强度(剪切强度)，二者之间可以形成结合良好的界面；适当的增强颗粒尺寸和颗粒的加入量可以制备出致密的复合材料；对复合材料进行时效处理，使其基体得到强化，进一步提高了复合材料的力学性能。以不同粒度的SiC为磨料，在不同载荷条件下利用销-盘磨损试验机测试了复合材料的二体磨料磨损性能。磨损试验结果表明，碳化钛颗粒增强锰白铜基复合材料具有较高的抗磨料磨损能力，且其耐磨性随着碳化钛颗粒体积分数和尺寸的增大而提高，尤其是在低载荷、细磨料磨损条件下，复合材料表现出更优越的耐磨性，与常见的高铬铸铁(Cr28)相比有大幅度的提高。复合材料的磨料磨损行为主要以犁削磨损为主。碳化钛颗粒增强锰白铜基复合材料是一种理想的抵抗磨料磨损材料。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1金属基复合材料的发展概况

1.1.2金属基复合材料的分类

1.1.3碳化钛颗粒及其复合材料研究现状

1.2国内外铜基复合材料的发展趋势和分类

1.2.1国内外铜基复合材料的发展趋势

1.2.2铜基复合材料的种类

1.3颗粒增强铜基复合材料制备

1.3.1颗粒增强铜基复合材料的常用增强相

1.3.2颗粒增强铜基复合材料的制备方法

1.4 Cu-Ni-Mn合金的研究概况

1.4.1变形及淬火态Cu-Ni-Mn合金的时效硬化特性研究

1.4.2原始态Cu-Ni-Mn合金的时效硬化特性研究

1.4.3时效锰白铜与传统金属基体的比较

1.5本论文要完成的主要工作内容

第二章实验方法和设备

2.1实验材料

2.2实验方法

2.2.1共晶白口铸铁的制备

2.2.2真空热压烧结制备碳化钛颗粒增强锰白铜复合材料

2.3时效热处理实验

2.4相组成及微观结构分析测试方法

2.4.1 X射线衍射分析

2.4.2扫描电镜和能谱分析

2.4.3复合材料金相检测

2.5硬度测试

2.6磨损检测

第三章碳化钛颗粒增强锰白铜基复合材料的制备

3.1增强颗粒的制备及分析

3.1.1实验材料的成分设计

3.1.2实验过程及结果

3.1.3实验结果分析

3.2复合材料的制备

3.2.1实验材料

3.2.2实验过程

3.3碳化钛颗粒增强锰白铜基复合材料的显微组织

3.4烧结复合材料的硬度

3.5本章小结

第四章复合材料致密化的研究

4.1复合材料的致密化过程

4.1.1热压烧结过程的变形行为

4.1.2热压烧结中气孔的形成

4.2致密化过程影响因素

4.2.1烧结体系的影响

4.2.2烧结过程中固相反应的影响

4.2.3液相对致密化影响

4.3孔隙度测定方法的确定

4.4复合材料的微观形貌及孔隙率

4.5复合材料的致密度

4.5.1增强相的含量对复合材料致密度的影响

4.5.2增强相颗粒大小对复合材料致密度的影响

4.6本章小结

第五章碳化钛增强锰白铜基复合材料磨料磨损行为的研究

5.1复合材料磨料磨损机制

5.2复合材料磨料磨损试验过程

5.2.1试样的准备

5.2.2试验方法

5.2.3磨损试验结果

5.3磨粒磨损表面形貌分析

5.4二体磨料磨损过程中增强颗粒的“体积效应”

5.4.1 合金白口铸铁耐磨性与碳化物数量的关系

5.4.2碳化钛增强锰白铜基复合材料二体磨料磨损过程中增强体的“体积效应”

5.5本章小结

结 论

参考文献

附 录

致谢