石墨_陶瓷颗粒复合增强铸造锌基复合材料的制备及其性能
金属基复合材料制备工艺的研究进展
金属基复合材料制备工艺的研究进展一、本文概述随着科技的飞速发展和工业的不断进步，金属材料在各个领域的应用日益广泛。
然而，单一金属材料往往难以满足复杂多变的应用需求，特别是在高温、高压、高腐蚀等极端环境下，金属材料的性能瓶颈日益凸显。
为了突破这一限制，金属基复合材料应运而生，它们通过结合两种或多种不同性质的材料，旨在实现性能的优化和提升。
金属基复合材料不仅继承了金属基体的高强度、高导热性等优点，还通过引入第二相材料，如陶瓷颗粒、纤维或聚合物等，显著提升了材料的硬度、耐磨性、抗腐蚀性以及高温性能。
本文旨在全面综述金属基复合材料制备工艺的最新研究进展。
我们将对金属基复合材料的分类、性能特点和应用领域进行简要介绍。
随后，重点讨论各种制备工艺的原理、优缺点及其在金属基复合材料制备中的应用实例。
在此基础上，分析当前制备工艺面临的挑战和未来的发展趋势。
展望金属基复合材料在航空航天、汽车制造、电子信息等领域的应用前景。
通过本文的综述，旨在为相关领域的科研工作者和工程技术人员提供有益的参考和启示。
二、金属基复合材料的分类金属基复合材料（Metal Matrix Composites, MMCs）是一类由金属或合金作为基体，与一种或多种增强体组合而成的先进材料。
这些增强体可以是颗粒、纤维、晶须或纳米尺度的强化相等。
根据其增强体的不同形态和性质，金属基复合材料可分为以下几类：颗粒增强金属基复合材料（Particle Reinforced Metal Matrix Composites, PRMMCs）：这类复合材料中，增强体为颗粒形态，如氧化铝（Al₂O₃）、碳化硅（SiC）、氮化硅（Si₃N₄）等陶瓷颗粒，或者碳黑、石墨等碳质颗粒。
这些颗粒均匀分布在金属基体中，能够有效地提高材料的硬度、耐磨性和高温性能。
纤维增强金属基复合材料（Fiber Reinforced Metal Matrix Composites, FRMMCs）：纤维增强体包括碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、氧化铝纤维等。
陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法及研究进展
陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法及研究进展陶瓷颗粒增强金属基复合材料是一种通过在金属基体中加入陶瓷颗粒来提高材料的性能和功能的材料。
它具有优异的机械性能、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶、能源、化工等领域。
制备陶瓷颗粒增强金属基复合材料的方法主要包括粉末冶金法、熔凝法、电沉积法和电化学沉积法等。
粉末冶金法是将金属基体粉末和陶瓷颗粒混合后，在高温下进行烧结，使两者相互结合成复合材料。
熔凝法是将金属和陶瓷颗粒一起熔融，然后通过凝固来得到复合材料。
电沉积法是通过电化学方法在金属基体表面沉积陶瓷颗粒，形成复合材料。
电化学沉积法则是通过控制电化学条件，在金属基体上沉积陶瓷颗粒。
一是研究新型材料的制备方法。
传统的制备方法有一些局限性，比如粉末冶金法需要高温烧结，容易使颗粒聚集，破坏材料的均匀性。
研究人员开始探索新的制备方法，如激光选区熔化、快速凝固等，以提高材料的性能和均匀性。
二是改进材料的界面结合方式。
陶瓷颗粒与金属基体之间的界面结合对于材料的性能至关重要。
目前的研究主要集中在界面增强技术，包括引入中间层、涂覆界面改性剂、表面活性剂等，以提高界面的结合强度和界面的化学稳定性。
三是研究材料的微观结构和性能。
陶瓷颗粒增强金属基复合材料的性能和功能与其微观结构密切相关。
通过使用各种材料表征技术，如扫描电子显微镜和透射电子显微镜等，研究人员可以观察到复合材料的微观结构，分析颗粒分布和界面结合情况，并进一步探索其性能和功能。
四是应用领域的扩展和改善。
陶瓷颗粒增强金属基复合材料在航空航天、汽车、船舶、能源、化工等领域具有广泛的应用前景。
研究人员正在努力改善和拓展其应用领域，例如在电子器件中应用、制备高性能传感器和催化剂等。
陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法和研究进展是一个热门的研究领域。
通过不断改进制备方法、界面结合方式和微观结构的研究，可以进一步提高材料的性能和功能，并拓展其应用领域。
陶瓷增强钢铁基复合材料中基体与陶瓷的选择
陶瓷增强钢铁基复合材料中基体与陶瓷的选择作者：刘昱辰来源：《科学导报·学术》2020年第69期【摘要】陶瓷增强钢基复合材料广泛用于工业生产中，基体和陶瓷的选择尤为重要。
文章分析了选择高铬铸铁和高锰钢为基体，选择不同陶瓷颗粒为增强材料的原因。
针对钢与陶瓷材料之间的润湿性差的问题，提出了一种提高陶瓷颗粒与钢基体润湿性的方法。
【关键词】陶瓷增强钢铁基复合材料;高铬铸铁;高锰钢;润湿性引言：陶瓷增强钢基复合材料是先进复合材料的重要组成部分。
它们主要用作机械，采矿，水泥，电力，冶金，造船，化工和煤炭等工业领域中的高效耐磨材料。
消耗巨大，因此它们是耐磨的。
近年来，复合材料已逐渐成为耐磨材料领域的研究热点。
然而，钢水和陶瓷的润湿性很差，因此很难制备陶瓷/钢复合材料。
同时，陶瓷/钢界面基本上是机械结合的，复合材料的结合强度低，机械性能低，导致复合材料在抗磨服务过程中的可靠性和耐磨性较差。
因此，陶瓷增强钢基复合材料基体和陶瓷的选择尤为重要，而提高钢水和陶瓷的润湿性也极为重要。
一、强韧设计及其制备方法对对于颗粒增强的表面复合材料，它们都属于整个层复合材料。
即，整个复合层形成在耐磨部件的工作表面上。
这种复合材料在切削磨损或高温磨损条件下表现出相对较好的耐磨性，但在某些具有强冲击力（例如大破碎锤）或高应力（例如磨辊）的磨损条件下，可以沿复合层界面剥离复合材料。
当剥离复合层时，耐磨组件的快速磨损会导致过早失效。
近年来，西安交通大学耐磨性研究组开发了一种具有钉扎作用的表面复合材料及其制备技术。
与传统的表面复合结构相比，拉伸复合材料的柱状金属基体对复合材料具有一定的影响。
钉扎效果可以有效地抑制复合层沿着接合面剥离的问题。
实验表明，预制的陶瓷颗粒块的制备是这种钉扎表面复合材料的铸造和渗透模塑的重要环节。
高一民等。
我们发明了一种新型的耐热橡胶混合物，该混合物显着提高了预成型块对高温液态金属的耐腐蚀性，并解决了预成型块在铸造渗透过程中过早坍塌的问题。
陶瓷颗粒对高铬铸铁基复合材料的组织与耐磨性能的影响
陶瓷颗粒对高铬铸铁基复合材料的组织与耐磨性能的影响* Effect of Ceramic Particle on Structure and Wear Resistance of High Chromium Cast IronMatrix Composites广州有色金属研究院金属加工与成型技术研究所 郑开宏 王 娟 徐 静 王海艳西安交通大学金属材料强度国家重点实验室 高义民[摘要] 用重力铸造的方法制备了不同粒径（20~30目，20~12目，8~12目）陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料。
分析了复合材料宏观、微观组织，复合层铸渗良好，无缩孔、裂纹等缺陷，复合材料三体磨损性能表明：粒径为8~12目的复合材料耐磨性能最佳。
关键词：复合材料陶瓷颗粒高铬铸铁三体磨损[ABSTRACT]High chromium cast iron matrix composites reinforced with different ceramic particles (20~30 mesh, 20~12 mesh, 8~12 mesh) were fabricated by gravity casting. The macrotructure and microstructure of the composites were investigated. The casting infiltration property of the composite layer is excellent, and there are no defects such as shrinkage vavity, crack and so on. The results of the three-body abrasive resistance tests show that the wear resistance of the composites with the particle di-ameter (8~12 mesh) is optimal.Keywords: Composites Ceramic particles High chromium cast iron Three-body abrasive resistance高铬铸铁由于其优异的耐磨性能，在水泥、电力、矿山等行业广泛应用于磨辊、衬板、板锤等耐磨部件，但在高硬质磨料、高冲击等恶劣的三体磨损工矿下，耐磨件迅速失效，其仍不能满足用户的要求。
陶瓷基复合材料综述
陶瓷基复合材料综述陶瓷基复合材料是指以陶瓷材料为基体，通过添加其他材料或者通过热处理等方式形成的一种具有复合结构的新型材料。
陶瓷基复合材料具有许多优异的性能，包括高温稳定性、高硬度、高抗磨损性和良好的化学稳定性等。
本文将对陶瓷基复合材料的制备方法、性能以及应用方面进行综述。
一、陶瓷基复合材料的制备方法陶瓷基复合材料的制备方法可以分为两大类：一种是在陶瓷基体中添加其他材料，如纳米颗粒、纤维、碳纳米管等；另一种是通过热处理等方式改变陶瓷基体的结构和性能。
其中，添加其他材料的方法主要包括浸渍法、溶胶凝胶法、等离子熔融法等；热处理方法主要包括烧结、热压、热等静压等。
二、陶瓷基复合材料的性能陶瓷基复合材料具有许多独特的性能，其主要包括高温稳定性、高硬度、高抗磨损性和良好的化学稳定性。
其中，高温稳定性是指材料在高温下仍然能够保持物理和化学性能的稳定性。
高硬度则是指材料的硬度较高，能够抵抗外界的划痕和磨损。
高抗磨损性则是指材料能够在摩擦和磨损等条件下保持其表面的完整性和光洁度。
化学稳定性则是指材料对酸、碱、盐等化学介质的稳定性较好，不易发生腐蚀和溶解。
三、陶瓷基复合材料的应用方面由于陶瓷基复合材料具有优异的性能，因此在许多领域都得到了广泛的应用。
其中，陶瓷基复合材料在航空航天领域中被广泛应用于火箭发动机喷管、刹车盘等高温部件中。
此外，在能源领域，陶瓷基复合材料可以用于制备高效的催化剂、光催化剂和固态电解质等。
在汽车制造领域，陶瓷基复合材料可以应用于汽车刹车系统、传动系统和发动机部件等。
此外，陶瓷基复合材料还可以用于制备耐磨、耐蚀和高温结构件，如轴承、密封件和切割工具等。
综上所述，陶瓷基复合材料具有许多优异的性能，包括高温稳定性、高硬度、高抗磨损性和良好的化学稳定性等。
通过添加其他材料或者通过热处理等方式改变陶瓷基体的结构和性能，可以制备出具有不同功能和应用的陶瓷基复合材料。
由于其广泛的应用前景，陶瓷基复合材料在材料科学领域中受到了广泛的研究和开发。
金属陶瓷复合材料
金属陶瓷复合材料
金属陶瓷复合材料是一种由金属基体和陶瓷增强相组成的复合材料，具有金属
的韧性和陶瓷的硬度，因此在工程领域中具有广泛的应用前景。
金属陶瓷复合材料的制备方法多种多样，可以根据不同的工程需求选择合适的制备工艺。
本文将重点介绍金属陶瓷复合材料的制备方法、性能特点及应用领域。
首先，金属陶瓷复合材料的制备方法包括热压法、热等静压法、搅拌铸造法等。
热压法是将金属粉末与陶瓷颗粒混合后，在高温高压下进行压制，通过金属粉末的烧结和陶瓷颗粒的结合来制备复合材料。
热等静压法则是将金属和陶瓷粉末分层堆叠后，进行高温高压下的等静压制备。
搅拌铸造法则是将金属熔体中加入陶瓷颗粒，通过搅拌混合后进行铸造得到复合材料。
其次，金属陶瓷复合材料具有优异的性能特点，包括高强度、硬度大、耐磨性好、抗腐蚀性强等。
金属基体赋予复合材料良好的韧性和延展性，而陶瓷增强相则提供了硬度和耐磨性。
因此，金属陶瓷复合材料在航空航天、汽车制造、机械制造等领域具有广泛的应用。
例如，航空航天领域需要轻质高强度材料，金属陶瓷复合材料正是满足这一需求的理想选择。
最后，金属陶瓷复合材料的应用领域包括但不限于航空航天领域的结构件、汽
车制造领域的发动机零部件、机械制造领域的刀具等。
随着工程技术的不断发展，金属陶瓷复合材料的应用前景将更加广阔。
综上所述，金属陶瓷复合材料具有制备方法多样、性能优异、应用广泛的特点，是一种具有巨大发展潜力的新型复合材料。
随着工程领域对材料性能要求的不断提高，金属陶瓷复合材料必将在未来得到更广泛的应用和发展。
陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法[发明专利]
[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公开说明书[11]公开号CN 1676644A [43]公开日2005年10月5日[21]申请号200510013360.6[22]申请日2005.04.26[21]申请号200510013360.6[71]申请人河北工业大学地址300130天津市红桥区丁字沽光荣道8号[72]发明人崔春翔 申玉田 刘双进 王如 戚玉敏王新 [74]专利代理机构天津市学苑有限责任专利代理事务所代理人胡安朋[51]Int.CI 7C22C 21/02C22C 1/02C22F 1/04权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 2 页[54]发明名称陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法[57]摘要本发明的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，涉及一种铝基合金。
它的组成是2.5～15％TiN、2.5～10％AlN、4～6.5％Si、0.5～1.5％Cu、0.3～0.5％Mg、0～0.8％Ni、0～0.5％Ti、其余为Al，其中百分数均为重量百分数；它的制备方法是采用熔体搅拌铸造法，总的工艺流程为，配料—熔化基体—加入增强颗粒—熔炼—变质处理—浇注—热处理，配料中增强颗粒尺寸在5～10μm范围内，熔化用真空炉的真空度为1.3～1.6×10－3Pa，温度在670～800℃之间，变质处理用的纳米孕育剂为用量为1～18g/Kg复合材料的含1～6％Na的纳米Al合金粉末；本发明方法所制得的陶瓷颗粒增强铝基复合材料重量轻、高模量、强度硬度高、耐热耐磨性好的综合机械性能好，制备成本低，工艺简单，可以实现产业化生产。
200510013360.6权 利 要 求 书第1/1页1.陶瓷颗粒增强铝基复合材料，其特征在于：它的组成是2.5～15％T i N、2.5～10％A l N、4～6.5％S i、0.5～1.5％C u、0.3～0.5％M g、0～0.8％N i、0～0.5％T i、其余为A l，其中百分数均为重量百分数。
陶瓷颗粒增强铝基复合材料制备工艺研究进展
3、界面强化：陶瓷颗粒和铝基体之间的界面可以有效地限制裂纹的扩展， 提高材料的韧性。此外，合适的界面厚度和化学组成可以实现陶瓷颗粒和铝基体 的相容性，从而提高复合材料的综合性能。
参考内容
陶瓷颗粒增强金属基复合材料是一种具有优异性能的材料，其结合了陶瓷颗 粒的高强度和金属的优良塑性，受到了广泛的研究。本次演示将介绍陶瓷颗粒增 强金属基复合材料的研究进展，包括研究现状、研究方法、研究成果和不足等方 面。
制备工艺
陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备工艺主要包括以下步骤： 1、原材料选择：根据需求选择合适的陶瓷颗粒和铝基体原材料。
2、混制工艺：将陶瓷颗粒和铝基体原材料混合均匀，以实现颗粒在铝基体 中的均匀分布。
3、成型工艺：将混合均匀的原材料通过一定手段成型为所需形状，如注射 成型、压铸成型等。
4、热处理工艺：在一定温度和时间内对成型后的复合材料进行热处理，以 实现材料的高性能化。
4、热处理工艺：在一定温度和 时间内对成型后的复合材料进行 热处理
1、位错强化：陶瓷颗粒在铝基体中均匀分布时，会阻碍铝基体中位错的运 动，从而提高复合材料的强度和硬度。
2、弥散强化：陶瓷颗粒在铝基体中作为第二相粒子，可以阻碍位错运动， 提高材料的硬度。同时，陶瓷颗粒还可以有效地降低残余应力，提高材料的可靠 性。
参考内容二
粉末冶金技术由于其独特的优势，已成为制备颗粒增强铝基复合材料的重要 方法。通过选择合适的原材料、制备工艺和固结方式，可以显著提高铝基复合材 料的性能。本次演示将详细介绍粉末冶金颗粒增强铝基复合材料的制备及研究进 展。
一、粉末冶金颗粒增强铝基复合 材料的研究背景和意义
随着科技的不断进步，铝基复合材料因其轻质、高强、耐腐蚀等优点而在众 多领域得到广泛应用。其中，粉末冶金技术作为一种制备颗粒增强铝基复合材料 的有效手段，在提高材料性能、降低成本等方面具有显著优势。然而，粉末冶金 颗粒增强铝基复
《石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺及其性能研究》范文
《石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺及其性能研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，新型材料的研究与开发成为了科研领域的重要方向。
其中，石墨烯增强铜基复合材料因其独特的物理和化学性质，在电子、热管理、机械等多个领域展现出巨大的应用潜力。
本文旨在研究石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺，并对其性能进行深入探讨。
二、制备工艺1. 材料选择制备石墨烯增强铜基复合材料的主要原料为高纯度铜粉、石墨烯纳米片以及适量的添加剂。
其中，铜粉应选择粒径适中、纯度高、分散性好的材料；石墨烯应选用具有优异导电性、导热性以及良好力学性能的产品。
2. 制备流程（1）将铜粉与石墨烯纳米片按照一定比例混合，并加入适量的添加剂，进行预处理。
（2）在球磨机中混合均匀，以获得良好的分散效果。
（3）将混合后的粉末进行压制，形成所需的形状和尺寸。
（4）将压制后的材料进行烧结处理，使铜粉与石墨烯纳米片之间形成良好的结合。
（5）对烧结后的材料进行后续处理，如表面处理、热处理等，以提高其性能。
三、性能研究1. 力学性能通过拉伸试验、硬度测试等方法，对石墨烯增强铜基复合材料的力学性能进行评估。
实验结果表明，添加适量的石墨烯能有效提高铜基复合材料的强度和硬度，降低其延展性损失。
2. 电学性能通过电阻率测试、导电性能测试等方法，研究石墨烯对铜基复合材料电学性能的影响。
实验结果显示，添加石墨烯能有效降低铜基复合材料的电阻率，提高其导电性能。
3. 热学性能通过热导率测试、热稳定性测试等方法，对石墨烯增强铜基复合材料的热学性能进行研究。
实验数据表明，添加石墨烯能显著提高铜基复合材料的热导率，增强其热稳定性。
四、结论本研究成功制备了石墨烯增强铜基复合材料，并通过实验研究了其力学、电学和热学性能。
实验结果表明，添加适量的石墨烯能有效提高铜基复合材料的强度、硬度、导电性和热导率。
此外，制备工艺简单、成本低廉，为石墨烯增强铜基复合材料在实际应用中的推广提供了有力的支持。
金属基复合材料的类型
金属基复合材料的类型金属基复合材料是一种由金属基体和增强体组成的复合材料。
金属基体通常占据主导地位，承担大部分载荷，而增强体则起到增强材料性能的作用。
根据增强体的类型、形状、尺寸和分布，金属基复合材料可分为多种类型。
以下是几种常见的金属基复合材料类型：1. 按增强体形状分类（1）颗粒增强金属基复合材料：增强体为颗粒状，如陶瓷颗粒、金属颗粒等。
这种复合材料具有较好的韧性和耐磨性，但强度和刚度相对较低。
（2）纤维增强金属基复合材料：增强体为纤维状，如碳纤维、玻璃纤维、硼纤维等。
这种复合材料具有较高的强度和刚度，但韧性和耐磨性相对较低。
（3）晶须增强金属基复合材料：增强体为晶须状，如氧化铝晶须、碳化硅晶须等。
这种复合材料具有较高的强度和刚度，较好的韧性和耐磨性。
2. 按增强体材料分类（1）陶瓷增强金属基复合材料：增强体为陶瓷材料，如氧化铝、碳化硅等。
这种复合材料具有较高的硬度和耐磨性，但韧性较低。
（2）金属增强金属基复合材料：增强体为金属材料，如不锈钢、钛合金等。
这种复合材料具有较高的强度和韧性，但耐磨性相对较低。
（3）塑料增强金属基复合材料：增强体为塑料材料，如聚四氟乙烯、聚酰亚胺等。
这种复合材料具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，但强度和刚度较低。
3. 按增强体分布方式分类（1）连续增强金属基复合材料：增强体呈连续分布，如纤维增强金属基复合材料。
这种复合材料具有较高的强度和刚度，但韧性和耐磨性相对较低。
（2）非连续增强金属基复合材料：增强体呈非连续分布，如颗粒增强金属基复合材料。
这种复合材料具有较好的韧性和耐磨性，但强度和刚度相对较低。
4. 按制备工艺分类（1）铸造法制备的金属基复合材料：采用铸造工艺将增强体与金属基体结合，如陶瓷颗粒增强铝基复合材料。
（2）粉末冶金法制备的金属基复合材料：采用粉末冶金工艺将增强体与金属基体结合，如碳纤维增强铜基复合材料。
（3）热压法制备的金属基复合材料：采用热压工艺将增强体与金属基体结合，如碳化硅晶须增强钛基复合材料。
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研究与应用 1997年12月26日收到初稿,1998年3月10日收到修改稿。
石墨、陶瓷颗粒复合增强铸造锌基复合材料的制备及其性能华南理工大学机电系(广州510641) 杨立彦 罗承萍 骆灼旋 隋贤栋 【提要】以石墨、碳化硼颗粒为复合增强体、ZA 227为基体,制备出锌基复合材料,并研究了它的常规力学性能及摩擦学特性。
通过对粒子进行预处理、球磨、机械搅拌等技术,将粒子与熔融状态的锌铝合金复合并搅拌成均匀的浆料,用挤压铸造法挤压成型,得到粒子增强的锌基复合材料。
在金属基体上均匀分布着石墨、碳化硼颗粒。
锌基复合材料比基体进入稳定磨损阶段的时间缩短,滑动过程平稳性增大。
在润滑条件下,复合材料的耐磨性比ZA 227合金有较大幅度提高,减摩性有所提高。
关键词:锌铝合金 挤压铸造 力学性能 摩擦学特性 石墨颗粒 碳化硼颗粒Preparation of (Graphite +B 4C )Particle ReinforcedCast ZA 227Zinc 2aluminium Composite and Its PropertiesYang Liyan ,Luo Chengping ,Luo Zhuoxuan ,Sui Xiandong(South China University of Technology )AbstractA cast ZA 227zinc 2aluminium alloy matrix composite reinforced by (graphite +B 4C )particles has been prepared and its mechanical properties and tribology feature were also studied.After pretreating ,ball milling and mechanical agitation ,the particles were added to molten ZA 227zinc 2aluminium alloy and uni 2form slurry was abtained ,the article reinforced zinc 2base composite was made up using squeeze casting.The (graphite ,B 4C )reinforcements were found unifromly distributed through out the matrix.The zinc 2base composite has shorter time reaching steady 2wear stage than the ZA 227matrix and the smoothness in 2creased in sliding friction ,the wear 2resistance of zinc 2base composite was increased more markedly than that of ZA 227alloy under lubricated conditons ,as does the seizure resistance. 本世纪70年代加拿大Noranda 研究中心研制出ZA 227合金,后来又产生了ZA 28和原IL ZRO12经改进而成为ZA 212〔12〕,其中以ZA 227合金综合力学性能最好。
这一系列合金以其优良的力学性能、耐磨及优良铸造工艺性能等一系列优点,在代替普通铸铁、可锻铸铁、某些强度要求较高的铝合金方面,代替锡青锡作耐磨件方面取得显著成效。
但它也有一些缺点,如存在耐磨质点少、摩擦系数和线膨胀系数较大,工作温度和工作速度也受到限制,ZA 227工作温度不宜超过150℃,ZA 212不宜超过95℃。
用铸造法制备MMC ,关键是增强体和基体不润湿,不润湿的主要原因在于增强颗粒表面积大,又吸附了不少气体和其它夹杂物。
为此,作者通过球磨、超声波清洗和加热等方法进行预处理,使附着物质脱附,活化增强体表面,以便同基体更好结合。
并以ZA -27合金做基体,加入一定量的石墨、碳化硼粒子与之复合,制成铸造复合材料,进一步提高材料的耐磨性和自润滑性,克服前述缺点,扩大其使用范围。
一、试验方法及设备11基体材料基体材料采用ZA 227合金,其化学成分(质量分数,%)为26～28Al ,2Cu ,0102～0103Mg ,余量为Zn ,另加入少量混合稀土及硼钛中间合金。
21增强材料石墨、碳化硼颗粒过320目筛,粒度小于45μm 。
为了改善增强体颗粒与基体金属液间润湿性,提高增强体表面活性,对增强体颗粒进行了预处理:首先,将石墨装在密封坩埚内,放入箱式电阻炉并加热到600℃、保温6h 后随炉冷却、以去除颗粒表面的油脂、水分、气体和其它污物;其次,将碳化硼粒子放入丙酮里进行超声波清洗,然后在900℃温度中保温6h ;最后,将石墨、碳化硼粒子、合金元素以一定比例混合装入一陶瓷罐中,陶瓷罐内配以一定数量的球石,将此陶瓷罐置于球磨机上球磨24h ,以进行高能量干式球磨、生产出具有细小结构的陶瓷粉末,进一步提高增强体表面活性。
在增强体颗粒加入金属液之前,再加热到300℃并保温2h 。
31复合浆料制备基体合金在一小型电阻炉中熔化,精炼并扒渣后,将试样所需要的合金液量倒入保持一定温度的机械搅拌炉中,开动搅拌装置使桨叶以1200r/min 转速进行搅拌,待金属液面形成一定深度且平稳的倒锥形漩涡之后,再将石墨、碳化硼颗粒以一定速率自漩涡中心徐徐加入。
加完之后,继续搅拌10分钟左右以使颗粒分布均匀。
上述过程,金属液面始终在氮气保护下,氮气既起精炼作用又可防止合金液进一步氧化。
温度的影响很大,为此要确定两个温度,即开始搅拌温度和浇注温度。
本试验采用全液态熔铸法,开始搅拌温度为680～700℃,浇注温度为600～650℃。
41挤压铸造将制备好的复合材料浆料倒入预热温度为200℃左右的型腔内,启动液压机,以70～100MPa 比压挤压成形,并保压1分钟,制成所需的复合材料试块。
型腔用涂料为10%石墨+90%30#机油或硅油涂料。
51试验用设备挤压设备为Y B32～200四柱200吨万能液压机;抗拉强度用WE 230型液压万能材料试验机测定,用HB 2300型硬度计测定硬度;摩擦磨损试验在MM 2200型磨损机上进行,试样压在转动的偶件(材料为GCr15)上面,以磨痕宽度代表磨损量;用OL YMPUS 金相显微镜及S 2550型扫描电镜进行显微组织分析。
在该锌基复合材料中,增强颗粒含量(质量分数)为:0175%碳化硼,115%石墨。
二、试验结果11显微组织分析图1所示为锌基复合材料的显微组织。
由图1可见,石墨、碳化硼颗粒分布比较均匀,无团聚现象,呈现宏观均匀性;黑色团絮状物为石墨粒子,在团状里面分布着碳化硼粒子(为细小白亮块),呈现出显微不均匀性。
可见,由于球磨作用,碳化硼颗粒已与石墨团聚在一起。
碳化硼颗粒很小,仅有几微米。
复合材料的基体组织由初生富铝相α、富锌共晶体和富铜ε(CuZn 3)所组成,α相呈枝晶形态,有比较严重的晶内偏析,铝含量由内向外递减,颜色由浅变深;α相枝晶间及晶界上的黑色网状部分为共晶体,在放大倍数足够大时,可看到共晶体里面白亮点———ε相。
(a )未腐蚀 (b )腐蚀图1 锌基复合材料的显微组织 200×Fig.1 Microstructures of zinc 2aluminium alloy matrix composite 图2为锌基复合材料冲击断口形貌。
由图可清析看到,颗粒均匀分布,无团聚现象,颗粒周围界面结合紧密,颗粒大小达25μm 。
可看到颗粒从基体中拔出或破裂,断裂优先发生在较大颗粒处,因为较大颗粒界面处有较大的应力集中和缺陷。
21锌基复合材料的力学性能表1为复合材料与基体合金的几项力学性能测定值,为了比较,表中还列出了铸造锡青铜ZQSn 6Zn 6Pb 3表1 锌基复合材料与其基体合金常规力学性能比较T able 1 Comparison of conventional mechanical propertiesbetw een the composite and m atrix合 金力 学 性 能σb /MPaδ(%)HB ZA 227合金410815116锌基复合材料386016121ZQSn 6Zn 6Pb 3(砂型)18081065ZQSn 6Zn 6Pb 3(金属型)200101065图2 复合材料冲击断口形貌 400×Fig.2 Impact fracture surfaceof the composite性能标准〔3〕。
锌基复合材料与其基体合金相比,抗拉强度有所下降,硬度稍高一些,伸长率则大幅度下降。
尽管如此,锌基复合材料的抗拉强度仍比ZQSn 6Zn 6Pb 3高得多。
31摩擦磨损性能(1)跑合特性 图3为锌基复合材料的跑合特性曲线。
试验条件为:转速400r/min ,负荷98N ,20#机油连续润滑(以下除注明者外,均为在该条件下进行磨损)。
由图3可见,ZA 227合金在滑动摩擦7分钟后进入稳定磨损阶段,在跑合期的磨损率(以试样磨痕宽度衡量)是随时间的加长而急剧增大;加入石墨、碳化硼颗粒的复合材料,进入稳定磨损阶段所需时间为3分钟左右。
在稳定磨损阶段,复合材料磨损曲线斜率比ZA 227合金小得多,说明前者的磨损率随时间增大的程度比ZA 227合金低得多。
图3 锌基复合材料跑合特性曲线Fig.3 The start up curve of the zine 2aluminiumalloy matrix composite(2)耐磨性能 以相同时间内磨痕宽度来衡量磨损量,以磨损量倒数为耐磨性指标,以W r 表示。
将复合材料与基体的W r 之比作为相对耐磨性〔4〕。
材料在润滑条件下摩擦30min 后耐磨性比较结果见图4。
由图可见,该复合材料较基体的磨损量减少,耐磨性约提高1倍。
(3)减摩性能 把材料的摩擦系数 u 的倒数作为减摩性能指标F j ,复合材料与ZA 227的F j 之比作为相对减摩性。
u 为进入稳定磨损阶段后10～20min 内的平均摩擦系数,图4和表2为两种材料的减摩性及相对减摩性比较。
由此可见,该复合材料的减摩性有所提高,比ZQSn 6Zn 6Pb 3更好。
这主要是由于石墨的自润滑性在起作用,但碳化硼颗粒不是减摩剂,故减摩性提高不多。
u max 、u min 分别为10～20min 内摩擦系数的最大、最小值,Δu 为10～20min 内摩擦系数的波动幅度。