网络互穿型碳化硅陶瓷铁基复合材料制备及其耐磨性能

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岳建设等:反应烧结制备多孔β-SiAlON・ 493 ・第40卷第4期

网络互穿型碳化硅陶瓷/铁基复合材料制备及其耐磨性能

王倩1,刘桂武1,郑开宏2,李林2,王娟2,乔冠军1

(1. 西安交通大学,金属材料强度国家重点实验室,西安 710049;2. 广州有色金属研究院材料加工研究所,广州 510651)

摘要:通过酚醛树脂固化、碳化及原位硅化的技术制备复杂形状SiC陶瓷,并利用金属浇注工艺制备出了以高锰钢、高铬铸铁为基体的2种网络互穿型SiC陶瓷/金属复合材料。借助湿式橡胶轮摩擦磨损试验机和UMT-3多功能摩擦磨损试验机测试该2种复合材料及2种基体的摩擦学性能,并采用扫描电子显微镜分析了复合材料和基体磨损后的表面形貌。结果表明:由于SiC陶瓷体的强度、硬度比金属基体高,导致在磨损过程中2种基体材料的磨损量较大,且在复合材料表面形成微凸起,使得复合材料的耐磨性能明显提高;SiC陶瓷/高铬铸铁复合材料的耐磨性优于SiC陶瓷/高锰钢复合材料,但SiC陶瓷/高锰钢复合材料的界面结合更好。

关键词:金属基复合材料;碳化硅;高锰钢;高铬铸铁;摩擦磨损

中图分类号:TB333 文献标志码:A 文章编号:0454–5648(2012)04–0493–05

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Preparation and Wear Resistance of SiC/Fe Composites with Interpenetrating Structure

WANG Qian1,LIU Guiwu1,ZHENG Kaihong2,LI Lin2,WANG Juan2,QIAO Guanjun1

(1. State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi′an Jiaotong University, Xi′an 710049, China; 2. Institute for

Materials Processing, Guangzhou Research Institute for Non-ferrous Metal Research, Guangzhou 510650, China)

Abstract: SiC ceramic with the complex shape was prepared via the curing of phenol–formaldehyde resin, carbonization and in-situ siliconization. Two kinds of interpenetrating SiC/metal (i.e., high manganese steel and high chromium cast iron) composites were fabricated by metal casting. The tribological properties of the two composites were investigated by a wet rubber wheel grinding fric-tion tester and a UMT-3 multi-specimen test system. The surface morphologies of the two composites and the two metal matrices after abrasion were analyzed by scanning electron microscopy. The wear loss of the metal matrices was more than those of the respective composites. The micro-protrudes formed on the surfaces due to the addition of SiC ceramic, which has a higher strength and hardness, compared to the metal matrices. As a result, the wear resistances of the two composites were improved. The wear resistance of the SiC/iron composite was higher than that of the SiC/steel composite. However, the SiC/steel composite displayed a better interfacial bonding.

Key words: metal matrix composite; silicon carbide; high manganese steel; high chromium cast iron; friction and wear

SiC陶瓷增强金属基复合材料中SiC的均匀性及其服役过程中的可靠性是目前应用中要解决的主要难点。SiC陶瓷颗粒或晶须作为增强体在金属基复合材料中通常存在各向异性和难以实现高体积分数等问题。目前以三维网络结构SiC陶瓷为增强体的金属基复合材料已引起人们的关注[1–2]。这种复合材料的增强体与基体之间相互贯穿、渗透,具有特殊的物理化学性能和机械性能。通过制作不同几何形状的网络结构陶瓷增强体,可提高复合材料中增强体的体积分数,获得与金属良好的润湿性,抵制由于润湿性不好而导致的裂纹扩展[3–5]。由于网络结构中陶瓷增强体与金属基体材料相互渗透、包覆,在磨损时高硬度的陶瓷增强体对基体起到屏蔽保护作用,使其不会首先被磨掉。同时,金属基体会对

收稿日期:2011–11–19。修订日期:2011–12–26。

基金项目:国家自然科学基金(51172177);广东豪美铝业有限公司特派员工作站项目(2010B09050034);广东省重大科技专项

(2010A080407007;2009A080304010)资助。

第一作者:王倩(1987—),女,硕士研究生。

通信作者:刘桂武(1976—),男,副教授。Received date:2011–11–19. Revised date: 2011–12–26.

First author: WANG Qian (1987–), female, Master candidate.

E-mail: wang.q@

Correspondent author: LIU Guiwu (1976–), male, associate professor. E-mail: gwliu76@

第40卷第4期2012年4月

硅酸盐学报

JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY

Vol. 40,No. 4

April,2012

2013-02-28 09:59

/kcms/detail/11.2310.TQ.20130228.0959.201204.493_001.html

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