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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
下 载: 56次
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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。
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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
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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 金属复合材料
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