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V-EPC制备自生TiC颗粒增强表面复合材料的组织及均匀性研究

作　者: 羊浩
导　师: 蒋业华
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 表面复合材料 V-EPC铸渗工艺自生TiC颗粒致密度均匀性
分类号: TB331
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

论文采用真空实型负压(V-EPC)铸渗工艺结合自蔓延(SHS)涂层技术,采用了Ti-C与Ti-C-Fe两种自蔓延反应体系制备出了自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料。研究了表面复合材料的制备工艺、表面质量、尺寸精度、复合层组织以及复合层的均匀性等内容。通过对复合材料表面质量和尺寸精度的研究发现,在采用Ti-C体系预制块制备复合材料时,随着预制块致密度(50%～60%)的提高,复合材料表面质量也随之提高;但是,当预制块致密度超过60%时,复合材料表面质量急剧下降。保持预制块的致密度为55%,随着预制块中钢粉含量的增加(0%～20%),复合材料表面质量提高,尺寸精度也较高,在CT5～6级;当钢粉含量超过20%时,复合材料的表面缺陷增多,尺寸精度也下降;在三种复合方式(底面复合、侧面复合和顶面复合)中,采用侧面复合的方式得到的复合材料尺寸精度较高,在CT5～6级;采用顶面复合的方式尺寸精度最低,为CT7～8级。通过光学显微镜对复合材料组织进行研究,发现随着Ti-C体系预制块致密度的提高(50%～65%),复合材料中过渡层质量下降。采用Ti-C-Fe体系(ρ_R=55%)制备复合材料时,随着预制块中钢粉含量增加(10%～30%)复合材料中过渡层质量提高。通过扫描电镜对复合层进行观察,发现处在不同位置的TiC颗粒,形貌也各不相同;在复合层内层的TiC颗粒较小,而且多为圆整的球状;在复合层的外层,TiC颗粒尺寸增大,圆整程度降低。总体上,用Ti-C-Fe体系制备得到的TiC颗粒尺寸较小,圆整度好,从内层到外层的TiC颗粒尺寸变化程度较小(1μm～3μm);而Ti-C体系得到的TiC颗粒,在复合层中从内层到外层尺寸变化大(1μm～10μm),圆整程度也较差。使用能谱分析和ImageTool图象处理软件对复合层的均匀性进行了考察,结果表明,在两种体系得到的表面复合材料复合层中,从内层到外层,Fe元素逐渐降低,而Ti元素逐渐升高,TiC颗粒的体积分数也逐渐提高,呈梯度分布。总体上,Ti-C-Fe体系制备的复合材料复合层中Fe、Ti两元素和TiC颗粒分布的均匀性要好于Ti-C体系制备的复合材料。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-23
  1.1 选题背景  9-10
  1.2 自蔓延高温合成技术(SHS技术)  10-16
    1.2.1 SHS粉末技术  11-12
    1.2.2 SHS烧结技术  12
    1.2.3 SHS多孔体制备技术  12
    1.2.4 SHS致密化技术  12-13
    1.2.5 SHS熔铸技术  13-14
    1.2.6 SHS焊接技术  14
    1.2.7 SHS涂层技术  14-16
  1.3 铸渗法制备表面复合材料的研究  16-19
    1.3.1 普通铸渗  16
    1.3.2 压力铸渗  16-17
    1.3.3 离心铸造  17
    1.3.4 V-EPC铸渗工艺  17
    1.3.5 SHS(自蔓延)铸渗法制备金属基表面复合材料  17-18
    1.3.6 铸渗工艺制备表面复合材料的局限性  18-19
  1.4 论文研究的目的及主要内容  19-23
    1.4.1 论文研究的目的  19-20
    1.4.2 论文研究的内容  20-23
第二章自生TiC颗粒表面复合材料的制备工艺  23-39
  2.1 基材与自生增强相反应体系的选择  23-25
    2.1.1 基材的选择  23-24
    2.1.2 增强相反应体系的选择  24-25
  2.2 实验过程  25-32
    2.2.1 实验方案的确定  25-27
    2.2.2 预制块的制备  27-30
    2.2.3 气化模的制备  30
    2.2.4 预制块的预置、浇注系统的连接和涂料的涂挂  30-31
    2.2.5 造型及浇铸  31-32
  2.3 复合材料的表面质量及尺寸精度  32-37
    2.3.1 粘结剂对表面质量的影响  33-34
    2.3.2 致密度对表面质量的影响  34-35
    2.3.3 预制块中钢粉含量对表面质量的影响  35-36
    2.3.4 复合材料的尺寸精度  36-37
  2.4 本章小结  37-39
第三章自生TiC表面复合材料的微观组织  39-61
  3.1 Ti-C体系制备表面复合材料的组织  39-44
    3.1.1 Ti-C体系表面复合材料的物相分析  39-40
    3.1.2 复合材料的复合层组织  40-43
    3.1.3 复合材料的过渡层组织  43-44
  3.2 Ti-C体系中工艺参数对复合材料显微组织的影响  44-47
    3.2.1 预制块致密度对复合材料过渡层的影响  44-46
    3.2.2 预制块致密度对自生颗粒尺寸的影响  46-47
  3.3 Ti-C-Fe体系制备表面复合材料的组织  47-54
    3.3.1 Ti-C-Fe体系表面复合材料的物相分析  48-49
    3.3.2 复合材料的复合层组织  49-50
    3.3.3 复合材料的界面形貌  50-53
    3.3.4 复合材料过渡层的组织  53-54
  3.4 工艺参数对Ti-C-Fe体系制备表面复合材料的组织的影响  54-58
    3.4.1 预制块中钢粉含量对复合材料过渡层的影响  54-55
    3.4.2 预制块中钢粉含量对复合层组织的影响  55-57
    3.4.3 致密度对Ti-C-30%Fe体系复合层质量的影响  57-58
  3.5 复合层的形成机理  58-60
    3.5.1 自生TiC颗粒的形成机理  58-59
    3.5.2 铸渗过程中复合层形成过程  59-60
  3.6 本章小结  60-61
第四章自生TiC颗粒表面复合材料组织均匀性及性能研究  61-73
  4.1 两种反应体系自生TiC颗粒形状、尺寸对比  61-64
  4.2 两种反应体系下复合层元素均匀性对比  64-68
  4.3 两种反应体系下复合层中TiC颗粒的分布均匀性  68-70
  4.4 两种体系中复合层的显微硬度变化规律  70-71
  4.5 本章小结  71-73
第五章结论  73-75
参考文献  75-81
致谢  81-82
附录  82

V-EPC制备自生TiC颗粒增强表面复合材料的组织及均匀性研究

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