原位合成及外加法制备碳化钒颗粒增强铁基复合材料的研究
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
பைடு நூலகம்分析 。
长期 以来 ，金属基复合材料 的研究 都以钛基 、铝基 、镁基 、 铜基等有色金属 为基体 为主 。然 而 ，钢铁仍 是现 代工业 中 最主要 的金属工 程材料 ，具有 价格便 宜 、资源 丰 富、性 能 优越及易实现规模化 生产 等特 点 ，钢铁 基体 中加入低密度 、
高硬度 和高 强度 的颗 粒增 强 体 ，在 降低 材料 密 度 的 同时 ， 提高 了其弹性模 量 、硬度 、耐磨 性和 高温性 能＿ ，可满 足 １ ］ 在高速 、高温 、高磨 损 工 况 下 的 机 械结 构 零 件 所 需 性 能
廊坊
东营 廊坊
０５０ ； ６ ０ ０
２７６ ； ５０ １ ０５０） ６０ ０
摘要 ：通过粉 末冶金 工艺制备碳 化钒颗粒增强铁基复合材料 ，研 究了原住合成和外加 法对复合材料烧结 密度 、性 能及 组 织结构 的影 响 ，并借 助金相 、Ｓ Ｍ、Ｅ Ｓ观 察 了碳 化钒 的分布及元 素成 分。试验 结果表 明 ：原位 合成 复合材料 具有 更 Ｅ Ｄ 高的烧 结密度和 抗弯强度 ，在 １ ８ ℃ 时达 到最 大值 ，分别 为 ７ ４ ．ｍ 和 ９ ３ ａ ２０ ．ｇｃ ８ ＭＰ ，在 烧结过 程 中反 应 生成 了碳化 钒颗 粒 ，主要分布在 晶界 ；外加 法 中的碳 化钒颗粒分布更均 匀，并通过扩散作用融入 Ｃ 、Ｍｏ ｅ ｒ 、Ｆ 等合金元素 。
要求 。
表 １ ＶＣ颗粒增强铁基复合材料化 学成 分
Ｔａ ． Ｃｈ ｍｉａ ｏ ｏ ｉ ｏ ｆＦ — ＶＣ ｃ ｍｐ ｓｔ ｂ１ ｅ ｃ ｌ ｍｐ ｓｔ ｎ ０ ｅ ｃ ｉ ｏ ｏ ｉｅ
表 ２ ＶＣ颗粒增强铁基复合材料原 料组成
Ｔａ ． Ｒａ Ｍ ａｅ ｉｌ ｍｐ ｓｔ ｎ ０ — ＶＣ ｏ ｏ ｉ ｂ２ ｗ ｔｒａ Ｃｏ ｏ ｉｉ ｆＦｅ ｏ ｃ ｍｐ ｓｔ ｅ
＊作者 简介 ：王磊 （９ ２ ，男 ，工程师 ，主要从事材料失效及管道设 计方 面的研究工作 。 １８ 一）
通讯联 系人 ；郭广飞 （９ ４ ） １ ８ － ，男 ，博士研究生 ，主要从 事材料失效与表面改性及新材料及其连接技术方面 的研究 。
Ｅ ｍａｌ ｕ ６ ２ ＠ １ ３ ｃｍ。 － ｉ ：ｇ ｏ ３ ４ ６ ．ｏ
１ ４ ℃和 １８ ℃ 。采用 阿基米 德法 测试 试样 的烧 结 密度 ； ２０ ２０
三点弯 曲法测试试样的抗弯强度 ；采用布氏硬度 检测硬度 ； Ｄ Ｘ一１０ Ｘ射 线仪 进行 物相 分析 ；Ｊ Ｍ一 ６９ Ｌ ００ ｓ ４ ０ Ｖ型 扫描 电镜 （ Ｅ Ｘ能谱仪 ）对基体 和增 强相进行形 貌和成分 带 ＤＡ
关 键 词 ：粉 末 冶金 ；铁 基 复合 材料 ；碳 化钒 ；制 备
中图分 类号 ：ＴＬ １ ＋． ２４ ２
文献标识码 ：Ａ
０ 引 言
随着科学技术 与现代工业 的发 展 ，对材 料性 能 的要 求 越来越高 ，传统 的单 一材料 已不 能满足其 需要 。金属基 复 合材料 的研究起 源于 ２ Ｏ世纪 ５ —６ ０ Ｏ年代航 空航 天领域 上
从 图 中可以看出 ，复合材 料随烧 结温度 的升高 而增加 ，在 １８￣ ２ ０Ｃ达到最大密度值 （． ｇ ｃ 。 ，并 且 ２试样 的烧结 ７ ４ ．ｍ－ ）
制 。混合粉末在球磨机 中湿法 球磨 ，经 ８ ℃真空 干燥后 加 Ｏ
基 金项 目：国家 “ ６ ”计划项 目 （０ ７ Ａ ９ ２ ２ ；山东省 自然科学基金资助项 目 （ Ｒ ０ ９ Ｍ０ ０ 。 ８３ ２０Ａ ０Ｚ ０） Ｚ ２ ０ Ｆ ３ ）
颗粒增强铁基 复合 材料 的颗粒 增强体 有很 多种 ，可大
概分为 以下几类 ：碳 化物 、氧 化物 、氮 化物 和金 属 间化 合
物 。其 中，碳化 物和 金属 间 化合 物 与铁 基有 良好 相 容性 。 金属间化合物与基体 的性 质差别较 小 ，与基 体 的界面相 容 性好 ，但其熔点和硬度 比碳化 物颗粒低 ，增 强效 果较小 ＿ 。 ２ ］ 目前的研究 以 ＷＣ、ＴＣ、ＶＣ、ＳＣ等 为主［ 。本文采 用 ｉ ｉ ３ ］ 原位合成和外加法 制备 了 ＶＣ颗粒 增强铁 基复 合材 料 ，研
中国材料科技与设备 （ 双月刊 ） 原位合成及外加法制备碳化钒颗粒增强铁基复合材料的研究
２ｌ Ｏ ｉ年 ・ ５ 第 期
原 位 合成 及 外 加 法 制 备碳 化钒 颗 粒 增 强 铁 基 复合材 料 的研 究
王磊 ，郭广 飞 ，谷英翠。
（ ．中国石油天然气管道科学研究 院，河北 １
２ ．中国石油大学 机 电工程学院 ，山东 ３ ．中国石油管道科技研究 中心 ，河北
的技术需求 ，其拥 有 高的 比模 量 、比强度 、耐 高温 、耐磨 损等优异 的物理 和力 学性 能而 受 到航天 航空 领 域 的青 睐。
入 ６ 的 汽 油橡 胶 造 粒 ，通过 液压 机 压 制 尺 寸 为 ７ ｍｍ× ７ ｍｍＸ ｍｍ 的试样条 ，压力为 ３０ ａ ４ ０ ５ ＭＰ 。然后在真空烧结 炉 中 烧 结 保 温 １ ，烧 结 温 度 分 别 为 １ ６ ℃、 １０ ℃ 、 ｈ １０ ２０
ｈｔ ｝ ｃ ａｔ ．ｏ ２ ｔ ｐ； ｜ 凡 ｍ ｓ ｑ ｃｒ ｅ ｎ・ ７・
中国材 料科技与设备 （ 双月刊 ） 原位合成及外加法制备碳化钒颗粒增强铁基复合材料 的研究 微组织 。图 中分别 由灰 色增 强颗粒 和 白色基 体组 成。结 合
究 了两种不 同工艺制备 Ｖ Ｃ颗粒增 强铁基 复合材料的差别 。
２ 试 验 结 论 与讨论
２ １烧 结 密 度 ．
图 １为 １ 试样在不 同烧结 温度 下试样 的烧结 密度 。 、２
１ 实验 材 料 及 方 法
将纯 Ｆ 粉 、铬 铁粉 （５ ，质量 分数 ，下 同） ｅ ５％ 、钼 铁 粉 （５ ） ５ 、钒铁粉 （ Ｏ ） ５ 、ｖｃ粉、碳粉 按表 １的成分配
长期 以来 ，金属基复合材料 的研究 都以钛基 、铝基 、镁基 、 铜基等有色金属 为基体 为主 。然 而 ，钢铁仍 是现 代工业 中 最主要 的金属工 程材料 ，具有 价格便 宜 、资源 丰 富、性 能 优越及易实现规模化 生产 等特 点 ，钢铁 基体 中加入低密度 、
高硬度 和高 强度 的颗 粒增 强 体 ，在 降低 材料 密 度 的 同时 ， 提高 了其弹性模 量 、硬度 、耐磨 性和 高温性 能＿ ，可满 足 １ ］ 在高速 、高温 、高磨 损 工 况 下 的 机 械结 构 零 件 所 需 性 能
廊坊
东营 廊坊
０５０ ； ６ ０ ０
２７６ ； ５０ １ ０５０） ６０ ０
摘要 ：通过粉 末冶金 工艺制备碳 化钒颗粒增强铁基复合材料 ，研 究了原住合成和外加 法对复合材料烧结 密度 、性 能及 组 织结构 的影 响 ，并借 助金相 、Ｓ Ｍ、Ｅ Ｓ观 察 了碳 化钒 的分布及元 素成 分。试验 结果表 明 ：原位 合成 复合材料 具有 更 Ｅ Ｄ 高的烧 结密度和 抗弯强度 ，在 １ ８ ℃ 时达 到最 大值 ，分别 为 ７ ４ ．ｍ 和 ９ ３ ａ ２０ ．ｇｃ ８ ＭＰ ，在 烧结过 程 中反 应 生成 了碳化 钒颗 粒 ，主要分布在 晶界 ；外加 法 中的碳 化钒颗粒分布更均 匀，并通过扩散作用融入 Ｃ 、Ｍｏ ｅ ｒ 、Ｆ 等合金元素 。
要求 。
表 １ ＶＣ颗粒增强铁基复合材料化 学成 分
Ｔａ ． Ｃｈ ｍｉａ ｏ ｏ ｉ ｏ ｆＦ — ＶＣ ｃ ｍｐ ｓｔ ｂ１ ｅ ｃ ｌ ｍｐ ｓｔ ｎ ０ ｅ ｃ ｉ ｏ ｏ ｉｅ
表 ２ ＶＣ颗粒增强铁基复合材料原 料组成
Ｔａ ． Ｒａ Ｍ ａｅ ｉｌ ｍｐ ｓｔ ｎ ０ — ＶＣ ｏ ｏ ｉ ｂ２ ｗ ｔｒａ Ｃｏ ｏ ｉｉ ｆＦｅ ｏ ｃ ｍｐ ｓｔ ｅ
＊作者 简介 ：王磊 （９ ２ ，男 ，工程师 ，主要从事材料失效及管道设 计方 面的研究工作 。 １８ 一）
通讯联 系人 ；郭广飞 （９ ４ ） １ ８ － ，男 ，博士研究生 ，主要从 事材料失效与表面改性及新材料及其连接技术方面 的研究 。
Ｅ ｍａｌ ｕ ６ ２ ＠ １ ３ ｃｍ。 － ｉ ：ｇ ｏ ３ ４ ６ ．ｏ
１ ４ ℃和 １８ ℃ 。采用 阿基米 德法 测试 试样 的烧 结 密度 ； ２０ ２０
三点弯 曲法测试试样的抗弯强度 ；采用布氏硬度 检测硬度 ； Ｄ Ｘ一１０ Ｘ射 线仪 进行 物相 分析 ；Ｊ Ｍ一 ６９ Ｌ ００ ｓ ４ ０ Ｖ型 扫描 电镜 （ Ｅ Ｘ能谱仪 ）对基体 和增 强相进行形 貌和成分 带 ＤＡ
关 键 词 ：粉 末 冶金 ；铁 基 复合 材料 ；碳 化钒 ；制 备
中图分 类号 ：ＴＬ １ ＋． ２４ ２
文献标识码 ：Ａ
０ 引 言
随着科学技术 与现代工业 的发 展 ，对材 料性 能 的要 求 越来越高 ，传统 的单 一材料 已不 能满足其 需要 。金属基 复 合材料 的研究起 源于 ２ Ｏ世纪 ５ —６ ０ Ｏ年代航 空航 天领域 上
从 图 中可以看出 ，复合材 料随烧 结温度 的升高 而增加 ，在 １８￣ ２ ０Ｃ达到最大密度值 （． ｇ ｃ 。 ，并 且 ２试样 的烧结 ７ ４ ．ｍ－ ）
制 。混合粉末在球磨机 中湿法 球磨 ，经 ８ ℃真空 干燥后 加 Ｏ
基 金项 目：国家 “ ６ ”计划项 目 （０ ７ Ａ ９ ２ ２ ；山东省 自然科学基金资助项 目 （ Ｒ ０ ９ Ｍ０ ０ 。 ８３ ２０Ａ ０Ｚ ０） Ｚ ２ ０ Ｆ ３ ）
颗粒增强铁基 复合 材料 的颗粒 增强体 有很 多种 ，可大
概分为 以下几类 ：碳 化物 、氧 化物 、氮 化物 和金 属 间化 合
物 。其 中，碳化 物和 金属 间 化合 物 与铁 基有 良好 相 容性 。 金属间化合物与基体 的性 质差别较 小 ，与基 体 的界面相 容 性好 ，但其熔点和硬度 比碳化 物颗粒低 ，增 强效 果较小 ＿ 。 ２ ］ 目前的研究 以 ＷＣ、ＴＣ、ＶＣ、ＳＣ等 为主［ 。本文采 用 ｉ ｉ ３ ］ 原位合成和外加法 制备 了 ＶＣ颗粒 增强铁 基复 合材 料 ，研
中国材料科技与设备 （ 双月刊 ） 原位合成及外加法制备碳化钒颗粒增强铁基复合材料的研究
２ｌ Ｏ ｉ年 ・ ５ 第 期
原 位 合成 及 外 加 法 制 备碳 化钒 颗 粒 增 强 铁 基 复合材 料 的研 究
王磊 ，郭广 飞 ，谷英翠。
（ ．中国石油天然气管道科学研究 院，河北 １
２ ．中国石油大学 机 电工程学院 ，山东 ３ ．中国石油管道科技研究 中心 ，河北
的技术需求 ，其拥 有 高的 比模 量 、比强度 、耐 高温 、耐磨 损等优异 的物理 和力 学性 能而 受 到航天 航空 领 域 的青 睐。
入 ６ 的 汽 油橡 胶 造 粒 ，通过 液压 机 压 制 尺 寸 为 ７ ｍｍ× ７ ｍｍＸ ｍｍ 的试样条 ，压力为 ３０ ａ ４ ０ ５ ＭＰ 。然后在真空烧结 炉 中 烧 结 保 温 １ ，烧 结 温 度 分 别 为 １ ６ ℃、 １０ ℃ 、 ｈ １０ ２０
ｈｔ ｝ ｃ ａｔ ．ｏ ２ ｔ ｐ； ｜ 凡 ｍ ｓ ｑ ｃｒ ｅ ｎ・ ７・
中国材 料科技与设备 （ 双月刊 ） 原位合成及外加法制备碳化钒颗粒增强铁基复合材料 的研究 微组织 。图 中分别 由灰 色增 强颗粒 和 白色基 体组 成。结 合
究 了两种不 同工艺制备 Ｖ Ｃ颗粒增 强铁基 复合材料的差别 。
２ 试 验 结 论 与讨论
２ １烧 结 密 度 ．
图 １为 １ 试样在不 同烧结 温度 下试样 的烧结 密度 。 、２
１ 实验 材 料 及 方 法
将纯 Ｆ 粉 、铬 铁粉 （５ ，质量 分数 ，下 同） ｅ ５％ 、钼 铁 粉 （５ ） ５ 、钒铁粉 （ Ｏ ） ５ 、ｖｃ粉、碳粉 按表 １的成分配