钛铁矿原位反应合成Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-TiC颗粒增强铁基复合材料

doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.004

摘要
图/表
参考文献
相关文章
Metrics

全文: PDF(3677 KB)

HTML ( 62 )
输出: BibTeX | EndNote (RIS)

摘要

利用钛铁矿铝热碳热原位还原技术成功制备了Al₂O₃-TiC增强铁基复合材料.通过XRD,SEM和力学性能检测方法分析了钛铁矿原位合成和添加合成两种方式对Al₂O₃-TiC增强铁基复合材料的组织和力学性能的影响.结果表明:利用钛铁矿合成的铁基复合材料的增强相为Al₂O₃, MgAl₂O₄, TiC和Fe相,添加合成过程中会发生一些硬质相TiC被氧化的现象.钛铁矿原位合成Al₂O₃-TiC增强铁基复合材料的基体组织呈粗大的块条状分布;添加合成的复合材料的铁基体以块状均匀分布.制备的Al₂O₃-TiC增强铁基复合材料的性能比较优良.材料的最佳综合力学性能为抗弯强度937MPa,维氏硬度532.

	服务

	把本文推荐给朋友
	加入引用管理器
	E-mail Alert
	RSS
	作者相关文章
	刘胜明
	汤爱涛
	陈敏
	赵子鹏

关键词 ：铁基复合材料, 钛铁矿, Al₂O₃-TiC, 组织, 性能

Abstract：

Al₂O₃-TiC particles reinforced ferro-matrix composite were successfully prepared by in -situ synthesis from ilmenite. The effects of in -situ synthesis and adding synthesis on microstructures and properties were analyzed by using XRD, SEM and mechanical testing methods. The results show that the reinforcing phases of the synthesis ferro-matrix composite comprise of Al₂O₃, MgAl₂O₄, TiC and Fe. Some of the TiC phases are oxidized during the synthesis process. The iron matrix of in -situ synthetic composite is distributed as thick block strip and the iron matrix of adding synthetic composite is in a uniform distribution. The properties of synthetic material are excellent. The optimal flexural strength and Vickers hardness are 937MPa and 532, respectively.

Key words： ferro-matrix composite ilmenite Al₂O₃-TiC microstructure property

收稿日期: 2013-04-09 出版日期: 2015-01-20

基金资助:国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2008AA031101);重庆大学研究生创新基金(CDJXS10131161)

通讯作者: 汤爱涛 E-mail: tat@cqu.edu.cn

作者简介: 汤爱涛(1963-),女,教授,博士,从事镁合金、复合材料的研究,联系地址:重庆市重庆大学材料科学与工程学院(400044),tat@cqu.edu.cn

引用本文:

刘胜明, 汤爱涛, 陈敏, 赵子鹏. 钛铁矿原位反应合成Al₂O₃-TiC颗粒增强铁基复合材料[J]. 材料工程, 2015, 43(1): 18-23.
Sheng-ming LIU, Ai-tao TANG, Min CHEN, Zi-peng ZHAO. Al₂O₃-TiC Reinforced Ferro-matrix Composite by In -situ Synthesis from Ilmenite. Journal of Materials Engineering, 2015, 43(1): 18-23.

链接本文:

http://jme.biam.ac.cn/CN/10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.004 或 http://jme.biam.ac.cn/CN/Y2015/V43/I1/18

Table 1 钛铁精矿的化学成分(质量分数/%)

Fig.1 钛铁矿原位合成Al₂O₃-TiC 颗粒增强铁基复合材料的XRD图谱

Fig.2 添加Al₂O₃-TiC-Fe颗粒增强铁基复合材料的XRD图谱

Fig.3 钛铁矿原位合成不同含量Al₂O₃-TiC颗粒增强铁基复合材料的SEM宏观组织照片
(a)10%；(b)20%；(c)30%；(d)40%

Fig.4 钛铁矿原位合成Al₂O₃-TiC 颗粒增强铁基复合材料的背散射显微组织照片

Fig.5 增强相含量为20%的复合材料的SEM组织照片对比
(a)原位合成；(b)添加合成

Fig.6 铁矿原位合成Al₂O₃-TiC 颗粒增强铁基复合材料的力学性能

Table 2 钛铁矿原位合成Al₂O₃-TiC颗粒增强铁基复合材料的力学性能

1	张静, 潘复生, 陈万志铁基复合材料的现状和发展[J]. 材料导报, 1995, 9 (1): 67- 71.
1	ZHANG Jing, PAN Fu-sheng, CHEN Wan-zhi Development and present status of ferro-matrix composite[J]. Materials Review, 1995, 9 (1): 67- 71.
2	高跃岗, 姚秀荣, 刘兆晶, 等国外铁基复合材料的发展与应用[J]. 合肥工业大学学报, 2006, 29 (4): 431- 436.
2	GAO Yue-gang, YAO Xiu-rong, LIU Zhao-jing, et al Development and application of ferrous matrix composites in foreign countries[J]. Journal of Hefei University of Technology, 2006, 29 (4): 431- 436.
3	陶杰, 赵玉涛, 潘蕾. 金属基复合材料制备新技术导论[M]. 北京: 化学工业出版社, 2007.52-76.
3	TAO Jie, ZHAO Yu-tao, PAN Lei. Introduction to New Technology of Metal Matrix Composites[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2007.52-76.
4	李江, 潘裕柏, 宁金威氧化铝陶瓷低温烧结的研究现状与发展前景[J]. 中国陶瓷, 2001, 37 (5): 41- 45.
4	LI Jiang, PAN Yu-bai, NING Jin-wei Low temperature sintering of alumina ceramics[J]. China Ceramics, 2001, 37 (5): 41- 45.
5	周玉成, 魏世忠, 徐流杰, 等 Al2O3颗粒增强钢铁基复合材料的研究进展[J]. 热加工工艺, 2010, 39 (20): 87- 90.
5	ZHOU Yu-cheng, WEI Shi-zhong, XU Liu-jie, et al Research progress of particles reinforced steel based composite[J]. Hot Working Technology, 2010, 39 (20): 87- 90.
6	BRIAN R The processing of metal matrix composites-an overview[J]. Journal of Materials Processing Technology, 1997, 63 (1-3): 339- 353.
7	NURI D Titanium carbide based composites for high temperature applications[J]. Journal of the European Ceramic Society, 1999, 19 (13-14): 2415- 2419.
8	XIE Xian-qing Thermal expansion properties of TiC particle reinforced ZA43 matrix composite[J]. Materials & Design, 2001, 11 (2): 157- 162.
9	艾桃桃颗粒强化金属基复合材料的原位合成工艺[J]. 稀有金属快报, 2008, 27 (7): 1- 6.
9	AI Tao-tao In situ synthesis processes of particle reinforced metal matrix composites[J]. Rare Metal Letters, 2008, 27 (7): 1- 6.
10	杨佳, 李奎, 汤爱涛钛铁矿资源综合利用现状与发展[J]. 材料导报, 2004, 18 (8): 44- 46.
10	YANG Jia, LI Kui, TANG Ai-tao Comprehensive utilization of ilmenite resources: present status and future prospects[J]. Materials Review, 2004, 18 (8): 44- 46.
11	RAZAVI M, RAJABI-ZAMANI A H, RAHIMIPOUR M R, et al Synthesis of Fe-TiC-Al2O3 hybrid nanocomposite via carbothermal reduction enhanced by mechanical activation[J]. Ceramics International, 2011, 37 (2): 443- 449.
12	KHOLGHY M, KHARATYAN S, EDRIS H SHS/PHIP of ceramic composites using ilmenite concentrate[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2010, 502 (2): 491- 494.
13	LIU Sheng-ming, TANG Ai-tao, ZHAO Zi-peng Research on ferro-matrix composite reinforced by Al2O3-TiC/TiCN particles[J]. Journal of Functional Materials, 2014, 45 (1): 01010- 01014.
14	范瑞瑞, 张瑞, 李炎, 等粉末冶金法制备A12O3颗粒增强Fe基复合材料[J]. 热加工工艺, 2011, 40 (24): 120- 123.
14	FAN Rui-rui, ZHANG Rui, LI Yan, et al Fabrication of Fe matrix composite reinforced with A12O3 particles by powder metallurgical method[J]. Hot Working Technology, 2011, 40 (24): 120- 123.
15	ALAMOLHODA S, HESHMATI-MANESH S, ATAIE A Role of intensive milling in mechano-thermal processing of TiAl/Al2O3 nano-composite[J]. Advanced Powder Technology, 2012, 23 (3): 343- 348.
16	WANG Z, LIU X In-situ synthesis of Al(TiC+α-Al2O3) and Al(TiAl3+TiC+α-Al2O3) alloys by reactions between Al, TiO2 and C in liquid aluminum[J]. Journal of Materials Science, 2005, 40 (4): 1047- 1050.
17	FAN R H, LIU B, ZHANG J D, et al Kinetic evaluation of combustion synthesis 3TiO2+7Al→3TiAl +2Al2O3 using non-isothermal DSC method[J]. Materials Chemistry and Physics, 2005, 91 (1): 140- 145.
18	AIGNER K, LENGAUER W, ETTMAYER P Interactions in iron-based cermet systems[J]. Journal of Alloys and Compounds, 1997, 262-263, 486- 491.
19	UMANSKII A P Titanium carbonitride composite with iron-chromium binder[J]. Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 2001, 40 (11-12): 637- 640.

[1]	常海, 赵聪铭, 王翠菊. 挤压复合AZ91-(SiC_P/AZ91)复合板材显微组织和力学性能[J]. 材料工程, 2023, 51(1): 16-25.
[2]	李淑波, 侯江涛, 孟繁婧, 刘轲, 王朝辉, 杜文博. CNTs/Mg-9Al复合材料微观组织、力学及导热性能[J]. 材料工程, 2023, 51(1): 26-35.
[3]	吴立清, 冯柳, 毛晓璇, 穆洪亮, 刘志超, 牛金叶, 高蔷. 量子点/碳复合材料在碱金属离子电池的应用进展[J]. 材料工程, 2023, 51(1): 36-51.
[4]	陈刚, 武凯, 孙宇, 贾贺鹏, 朱志雄, 胡峰峰. 搅拌摩擦沉积增材技术研究进展[J]. 材料工程, 2023, 51(1): 52-63.
[5]	王恩茂, 米振莉, 卫志超, 侯晓英, 钟勇. Q&P980镀锌高强钢电阻点焊工艺及液态金属脆化裂纹分布[J]. 材料工程, 2023, 51(1): 85-94.
[6]	张苑琳, 阔洋, 杨雨森, 房大然, 代鹏林, 靳康帅, 林小娉. 固溶体Mg-5Al-xGd合金的制备及其压缩性能[J]. 材料工程, 2023, 51(1): 95-103.
[7]	赵晋斌, 王潘俊, 陈云翔, 程学群, 李晓刚. 新型Cu-Cr-Ni系耐海水腐蚀钢耐蚀性能及机理[J]. 材料工程, 2023, 51(1): 104-112.
[8]	程昊, 周炼刚, 刘健, 王宇宁, 仝凌云, 都东. 热输入对Inconel 617镍基高温合金激光焊接接头显微组织与力学性能的影响[J]. 材料工程, 2023, 51(1): 113-121.
[9]	岑耀东, 郭曜珲, 马潇, 陈林, 包喜荣. U75V重轨钢弯曲疲劳裂纹扩展行为[J]. 材料工程, 2023, 51(1): 122-129.
[10]	曾宏伟, 李红, 姚彧敏, 杨敏, 陶银萍, 任慕苏, 孙晋良. 热解碳含量对碳/碳-聚酰亚胺复合材料性能的影响[J]. 材料工程, 2023, 51(1): 148-154.
[11]	杨建国, 沈伟健, 李华鑫, 贺艳明, 闾川阳, 郑文健, 马英鹤, 魏连峰. 氮掺杂导电碳化硅陶瓷研究进展[J]. 材料工程, 2022, 50(9): 18-31.
[12]	陈小龙, 李文生, 娄明, 徐凯, 陈雷雷, 常可可. Fe-Ni基合金设计中前过渡族元素对结构与性能的影响[J]. 材料工程, 2022, 50(9): 32-42.
[13]	唐婧缘, 龙依婷, 黄旭, 蒲琳钰. 核-双壳BT@TiO₂@PDA纳米粒子的制备及其复合薄膜的介电性能[J]. 材料工程, 2022, 50(9): 59-69.
[14]	许家豪, 汪选国, 姚振华. 粉末冶金制备工艺对TiC增强高铬铸铁基复合材料性能的影响[J]. 材料工程, 2022, 50(9): 105-112.
[15]	米玉洁, 宋明明, 张存瑞, 张贵恩, 王月祥, 常志敏. 羰基铁室温硫化硅橡胶复合材料的吸波性能[J]. 材料工程, 2022, 50(9): 120-126.

Viewed

Full text

Abstract

Cited

Shared

Discussed