采用真空消失模鑄造技術(shù),將鋼液浸滲到表面化學(xué)氣相沉積了金屬鎳涂層的氧化鋁泡沫陶瓷中制備三維網(wǎng)絡(luò)氧化鋁/鋼復(fù)合材料。研究復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、抗彎強(qiáng)度及磨粒磨損性能。結(jié)果表明,鎳涂層可使鋼液有效浸滲到陶瓷骨架中,成功制備出界面結(jié)合良好的三維網(wǎng)絡(luò)氧化鋁/鋼復(fù)合材料。復(fù)合材料中陶瓷/鋼界面為非反應(yīng)型界面,斷裂過(guò)程中,裂紋沿界面擴(kuò)展,復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度隨陶瓷相體積分?jǐn)?shù)的增加而降低。復(fù)合材料的磨損機(jī)制為以鋼被切削、陶瓷斷裂–脫落為特征。隨陶瓷相體積分?jǐn)?shù)的增加,復(fù)合材料的體積磨損量降低。 

【文章來(lái)源】：硅酸鹽學(xué)報(bào). 2016,44(03)北大核心EICSCD

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氧化鋁/鋼復(fù)合材料的制備工藝示意圖

濕砂橡膠輪式磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行磨粒磨損試驗(yàn)。砂漿配比為：自來(lái)水(1kg)+石英砂(1.5kg)，其中，石英砂的粒度為0.25～0.42mm。橡膠輪直徑φ178mm，轉(zhuǎn)速240r/min，硬度為HS65。磨損試樣尺寸為57.0mm×25.5mm×6.0mm。所選載荷為70N，磨程559m。采用感量為0.1mg的電子天平稱量，以體積磨損量(損失的質(zhì)量/密度)評(píng)價(jià)材料的抗磨性能。利用D/max2200Pc型X射線衍射分析儀分析復(fù)合材料的相組成。用S-4800型掃描電子顯微鏡及其附配的能譜分析儀等分析材料的微觀組織、斷口與磨損面形貌。2結(jié)果與討論2.1復(fù)合材料的組織與結(jié)構(gòu)圖2為復(fù)合材料的宏觀形貌照片。由圖2可見(jiàn)，陶瓷與鋼結(jié)合緊密。圖2氧化鋁/鋼復(fù)合材料形貌照片F(xiàn)ig.2PhotographofAl2O3/steelcomposite圖3為微觀組織形貌掃描電子顯微鏡(SEM)照片。由圖3可見(jiàn)，氧化鋁陶瓷骨架與鋼基體緊密結(jié)合在一起，在泡沫陶瓷的孔筋與三角微孔位置上也可觀察到浸入的鋼，這說(shuō)明鎳涂層明顯改善了陶瓷與鋼之間的潤(rùn)濕性。圖4為陶瓷–金屬界面處的形貌SEM照片與能

·416·《硅酸鹽學(xué)報(bào)》JChinCeramSoc,2016,44(3):414–4182016年譜(EDS)。由圖4可見(jiàn)，浸滲前陶瓷表面的鎳涂層已完全消失。在浸滲初始階段，鎳涂層誘導(dǎo)鋼液浸滲到陶瓷表面，但在浸滲完成后的高溫液態(tài)停留階段，鎳元素很快融入鋼液中，并實(shí)現(xiàn)了完全擴(kuò)散。圖3氧化鋁/鋼復(fù)合材料結(jié)構(gòu)SEM照片F(xiàn)ig.3SEMphotographofAl2O3/steelcomposite(a)Morphology(b)Distributionofelementsbylinescanning圖4氧化鋁/鋼復(fù)合材料界面處形貌與成分分析Fig.4MorphologyandEDSspectraatinterfaceinAl2O3/steelcomposite圖5為復(fù)合材料的X射線衍射(XRD)譜。由圖5可知，復(fù)合材料的組成相為Fe、Al2O3及莫來(lái)石，未檢測(cè)到單相Ni的存在，這也證實(shí)了上述分析。圖5氧化鋁/鋼復(fù)合材料復(fù)合材料的XRD譜Fig.5XRDpatternofAl2O3/steelcomposite2.2復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度圖6為氧化鋁/鋼復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度。由圖6可見(jiàn)，復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度隨陶瓷體積分?jǐn)?shù)的增加而降低。目前，對(duì)三維網(wǎng)絡(luò)陶瓷–金屬?gòu)?fù)合材料相關(guān)研究結(jié)果不一致，這一差異與界面結(jié)合狀況有關(guān)。鎳涂層雖然改善了潤(rùn)濕性，但界面未發(fā)生反應(yīng)，屬弱界面。該類界面不能有效傳遞應(yīng)力，可視為復(fù)合材料中的缺陷。隨陶瓷相體積分?jǐn)?shù)升高，缺陷增加，強(qiáng)度降低。圖6氧化鋁/鋼復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度與陶瓷相體積分?jǐn)?shù)關(guān)系曲線Fig.6Relationshipbetweenflexuralstrengthandvolumefraction(φ)ofceramicphaseinAl2O3/steelcomposite圖7為氧化鋁/鋼復(fù)合材料的彎曲斷口形貌SEM照片和EDS譜。由圖7a可見(jiàn)，鋼呈現(xiàn)出明顯的塑性斷裂特征，陶瓷為解理斷裂，陶瓷與鋼界面出現(xiàn)明顯的裂紋。在斷裂的陶瓷區(qū)域中，存在許多球形顆粒(圖7b)。能譜分析結(jié)果(圖7c)表明，其中，主要元素為Fe、Ni

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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