一種能夠有效提高金屬材料耐磨性的新型金屬基
復(fù)合材料日前研制成功。這項由吉林大學(xué)科技人員完成的“新
基內(nèi)生顆粒復(fù)合材料的熱力學(xué)和動力學(xué)”科研項目已經(jīng)通過鑒定,專家認(rèn)為,所制備出的局部高顆粒體積分?jǐn)?shù)TiCP增強鋼基復(fù)合材料,實現(xiàn)了“好鋼用在刀刃上”的優(yōu)化設(shè)計。 目前,材料的磨損每年消耗大量的
,我國僅襯板、腭板、板錘、錘頭、磨球等每年約消耗160萬噸,折合人民幣近90億元;美國每年為150億美元,可見磨損對國民經(jīng)濟的影響。同時,現(xiàn)代工業(yè)迫切需要能在高速、高溫和劇烈磨損情況下工作的結(jié)構(gòu)件,因而開發(fā)新型耐磨材料成為工業(yè)生產(chǎn)亟待解決的問題之一。金屬基復(fù)合材料的出現(xiàn),為提高金屬材料耐磨性提供了一種解決辦法。但目前傳統(tǒng)的顆粒增強金屬基復(fù)合材料一般均采用外加顆粒機械攪拌法進行整體顆粒增強,然而這種方法存在著一些缺點:增強顆粒與基體的潤濕性、兼容性較差;增強顆粒尺寸大,對基體有割裂作用。而用另一種方法――原位反應(yīng)法開發(fā)出的內(nèi)生顆粒增強金屬基復(fù)合材料,雖然克服了外加顆粒增強金屬基復(fù)合材料的一些缺點,但存在著韌性差、金屬液流動性差、成本高等缺點。 吉林大學(xué)科技人員在開展“新型鋼基內(nèi)生顆粒復(fù)合材料的熱力學(xué)和動力學(xué)”應(yīng)用基礎(chǔ)項目的研究中,利用自行編制的程序,計算出不同元素含量及溫度下相關(guān)反應(yīng)的自由焓變化;研究了合金體系中各項參數(shù)對反應(yīng)動力學(xué)的影響規(guī)律;采用鑄型內(nèi)置AL-Ti-C體系自蔓延反應(yīng)預(yù)制塊,制備出局部高顆粒體積分?jǐn)?shù)TiCP增強鋼基復(fù)合材料。這種采用了新型局部顆粒增強鋼基復(fù)合材料的新方法,利用鋼液的高溫在型內(nèi)局部實現(xiàn)自蔓延高漫合成反應(yīng),在局部形成顆粒增強鋼基復(fù)合材料,其余部位強韌性高的鑄鋼基體。其所制備的材料不僅實現(xiàn)了“好鋼用在刀刃上”的優(yōu)化設(shè)計,且與基體結(jié)合良好,工藝簡單,成本低。 另據(jù)介紹,該項目組用制備出的局部TiCP顆粒增強鋼基復(fù)合材料制作的挖掘機鏟齒,已在挖掘機上進行裝機運行實驗。結(jié)果表明,新鏟齒的耐磨性是普通鏟齒的2.98倍,提高了挖掘機的工作效率和總的生產(chǎn)成本。在我國目前每年消耗耐磨件百余噸的情況下,采用這種新材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的耐磨鋼,將帶來巨大的經(jīng)濟效益。