Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料耐磨性提高的机制分析

为了探讨Cr_3C_2强化相提高Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料耐磨性的机制,本文采用热等静压技术制备了Ni_3Al合金和Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料,借助纳米压痕仪对Ni_3Al合金和Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料中各组成相的力学性能进行了表征,利用销-盘式摩擦磨损试验机研究了热等静压Ni_3Al合金和Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料的耐磨性能,并结合扫描电子显微镜和纳米压痕仪分析了材料磨损表面形貌和磨损次表面层硬度变化.结果表明,Cr_3C_2的添加提高了复合材料基体的硬度,Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料中各组成相的纳米硬度和弹性模量由基体相、扩散相到硬芯相是逐渐增大的,呈现出梯度变化,有利于提高Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料的耐磨性.在本研究实验条件下,Ni_3Al合金和Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料表面的磨损形式主要为磨粒磨损,Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料表现出更加优异的耐磨性能. Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料耐磨性能的提高主要跟碳化物强化相阻断磨粒切削、减弱摩擦副间相互作用、减小加工硬化层厚度、磨粒尺寸等因素有关.

Cr_3C_2含量对Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料摩擦磨损性能的影响

采用热等静压法制备Ni3Al合金和Cr_3C_2含量不同的Ni3Al基复合耐磨材料,利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪及摩擦磨损试验机,系统地研究Cr_3C_2含量对材料组织特征、硬度及摩擦磨损性能的影响.结果表明：Cr_3C_2/Ni3Al复合材料中,Cr_3C_2颗粒与Ni3Al颗粒之间发生互扩散作用,使部分Cr_3C_2颗粒转变为M7C3（M=Cr,Fe,Ni）结构;在特定的摩擦磨损条件下,随着Ni3Al基体中Cr_3C_2比例增大,Cr_3C_2/Ni3Al复合材料的耐磨性能显著提高,达到了Ni3Al合金耐磨性能的4~10倍.此外,随着Ni3Al基体中Cr_3C_2比例的增大,Cr_3C_2/Ni3Al复合材料对对磨盘的切削、刮擦作用减弱,对磨盘的磨损量减少.

热等静压Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料的微观组织及相组成

采用热等静压技术(HIP)在1160℃、100MPa条件下制备出Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料,研究了Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料的微观组织和相组成。结果表明,Cr_3C_2初始颗粒首先溶解成Cr和C原子,并往基体中扩散;冷却过程中,溶解的Cr和C原子转化为稳定的Cr_7C_3结构;由于Ni_3Al合金中的Fe易与C形成稳定碳化物,促使Fe原子从基体中往Cr_7C_3结构中发生上坡扩散,并取代Cr_7C_3结构中的部分Cr原子形成M_7C_3(M为Cr、Fe,余同)结构的扩散相。当Cr_3C_2初始颗粒较大时,在高温过程中,Cr_3C_2颗粒未能全部溶解,而未溶解的Cr_3C_2颗粒芯部在冷却过程中仍保持为Cr_3C_2结构。该条件下制备的Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料主要由Cr_3C_2硬芯相、M_7C_3扩散相和γ′-Ni_3Al基材相组成,其中Cr_3C_2硬芯相和γ′-Ni_3Al基材相通过M_7C_3扩散相形成良好的扩散连接;该结构的复合材料磨损后表面Cr_3C_2颗粒末发生剥落且沟槽在铬碳化物处发生中断,表现出良好的耐磨性。