本課題采用原位反應(yīng)法在軸承鋼（GCr15）表面制備碳化鉭陶瓷增強(qiáng)層,通過吉布斯自由能函數(shù)法計(jì)算了 GCr15/Ta體系的熱力學(xué)條件;選用經(jīng)典動力學(xué)模型結(jié)合Arrhenius公式計(jì)算TaC陶瓷增強(qiáng)層的生長系數(shù)和激活能;采用掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射儀（XRD）、透射電子顯微鏡（TEM）以及電子背散射衍射技術(shù)（EBSD）對TaC陶瓷增強(qiáng)層的微觀組織、物相組成、碳化鉭顆粒的形貌以及物相分布進(jìn)行表征;采用納米壓痕儀、顯微硬度儀以及自動劃痕儀對碳化鉭陶瓷增強(qiáng)層的硬度、彈性模量、斷裂韌性以及刻劃失效等性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:（1）通過DSC分析和熱力學(xué)計(jì)算可確定GCr15/Ta體系中的原位反應(yīng)溫度為1150、1200、1250℃。（2）原位生成的碳化鉭陶瓷增強(qiáng)層與基體之間結(jié)合良好,無孔洞、夾雜等界面缺陷;組織分為未反應(yīng)完的Ta板、TaC陶瓷增強(qiáng)層以及鋼基體;陶瓷增強(qiáng)層橫截面存在的物相包括有Ta、TaC、FeC以及α-Fe;TaC陶瓷層的表面僅有TaC相,無其它雜相。（3）不同保溫溫度和反應(yīng)時間的體系中,同一溫度下,隨著時間的延長,原位反應(yīng)法制備的TaC陶瓷增強(qiáng)層的厚度逐漸增加,生長系數(shù)... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：55 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

擴(kuò)散示意圖[45]

2碳化鉭陶瓷增強(qiáng)層的制備方法及表征分析92碳化鉭陶瓷增強(qiáng)層的制備方法與表征分析2.1實(shí)驗(yàn)材料本實(shí)驗(yàn)采用原位反應(yīng)技術(shù)，以軸承鋼(GCr15)(如圖2-1(a)所示)和高純鉭板(如圖2-1(b)所示)為原料，在鋼基表面生成碳化鉭陶瓷增強(qiáng)層材料。用線切割將原材料Ta板切割為10mm×10mm×2mm的長方體，鋼基體切割為10mm×10mm×5mm的長方體，然后將鉭板與鋼基用砂紙逐級打磨至表面光滑明亮，再用超聲波清洗干凈，最后用石墨紙將GCr15塊體與鉭板包裹后放入特制的石墨坩堝中，隨后于GSL-1400-X管式爐內(nèi)，并采用Ar氣作為保護(hù)氣氛，氣體流速為6mL/min。鋼基體(GCr15)和Ta板的化學(xué)成分如表2-1所示。圖2-1實(shí)驗(yàn)所選主要原材料：(a)GCr15；(b)高純度鉭板Fig.2-1Themainrawmaterialsselectedintheexperiment:(a)GCr15;(b)high-puritytantalumplate表2-1GCr15和Ta板化學(xué)成分(wt.%)Table2-1TheGCr15andTaplatechemicalcomposition(wt.%)MaterialTrademarkCSiMnPSFeTaTantalumplateBearingsteelTaGCr150.0050.9690.0031.300.0010.41—≦0.022—≦0.024—Balance99.4—2.2碳化鉭陶瓷增強(qiáng)層的制備過程制備碳化鉭陶瓷增強(qiáng)層的工藝過程主要有兩個步驟，一是高純度鉭板與軸承鋼(GCr15)基體的制備過程；二是鉭原子與碳原子的互相擴(kuò)散過程，稱之為原位反應(yīng)過程。2.2.1鉭板(Ta)/軸承鋼(GCr15)的預(yù)處理首先將高純度鉭板和軸承鋼(GCr15)用數(shù)控電火花線切割機(jī)(DK7732)切割成10mm×5mm×2mm和10mm×10mm×5mm的小長方體，再用金相砂紙對切割好的GCr15塊體和

西安理工大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)業(yè)論文10鉭板的表面進(jìn)行逐級打磨，去除表面氧化層，清理GCr15塊體和鉭板表面，使其保持干凈；再將鉭板和GCr15塊體置于4%硝酸酒精進(jìn)行輕腐蝕，然后使用超聲清洗并烘干，接著用石墨紙將處理好的GCr15塊體和鉭板按照圖2-2中示意的形式包裹固定好在特制的石墨坩堝中，包裹時需將鉭板與GCr15塊體體接觸面緊密貼合用石墨紙完全包裹，隨后于GSL-1400-X管式爐內(nèi)燒結(jié)制樣，并通以氬氣作為保護(hù)氣氛，氣體流速為6mL/min，制備過程示意如圖2-3所示。圖2-2復(fù)合體制備示意圖Fig.2.2Complexpreparationmodel圖2-3實(shí)驗(yàn)制備過程示意圖Fig.2-3Themodeloftheexperimentalpreparationprocess2.2.2GCr15/Ta體系反應(yīng)參數(shù)設(shè)計(jì)為了確定制備碳化鉭陶瓷增強(qiáng)鋼基復(fù)合材料的反應(yīng)溫度，使用示差掃描量熱法(DSC)進(jìn)行分析，先用線切割機(jī)將準(zhǔn)備好的鉭板和軸承鋼切割成Ф3mm×1mm和Ф2mm×1mm的小圓片，再用金相砂紙對其表面打磨，磨至所需要的尺寸后放入超聲清洗并烘干，將切割好的GCr15和鉭板按照基體在下鉭板在上的順序依次放入特制坩堝內(nèi)，分析GCr15/Ta兩者在實(shí)驗(yàn)中的熔化、反應(yīng)以及結(jié)合等過程，測量所發(fā)生的熱效應(yīng)，研究實(shí)驗(yàn)過程的晶格轉(zhuǎn)變和化合物反應(yīng)等，以這個依據(jù)來選取反應(yīng)溫度范圍。結(jié)合繪圖軟件繪制出加熱過程中示差掃描量熱的熱曲線隨溫度的變化規(guī)律圖。實(shí)驗(yàn)方案時從室溫以10℃/min的速度升高至1400℃。通過示差掃描量熱法所測得的GCr15/Ta體系的DSC曲線如圖2-4所示[55]，從圖中可以看出，GCr15/Ta體系主要有兩個明顯的吸熱峰，分別處于824°C和1175°C，在1325°C


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