铸造/SHS 法制备TiC-Al2 O3 钢基表面复合层的研究①

焦玉凤， 金大明， 宁国辉， 丛广慧， 潘兴强， 申唯理， 张秋征

(1.佳木斯大学材料科学与工程学院，黑龙江 佳木斯154007;2.佳木斯市特种设备检验研究所，黑龙江 佳木斯154003)

0 引 言

机械设备失效不仅造成严重的经济损失，而且常常危及生命安全［1］. 本文采用Ti - C - Al -Fe2O3体系，结合SHS/和铸造两种工艺，制备TiC-Al2O3增强钢基复合材料. 目前，在钢基复合材料的研究和开发工作上，已经取得了相当的进展.如华中科技大学的严有为［2］提出了反应铸造法，并利用反应铸造法制备了TiC 颗粒增强铸造钢基复合材料;吉林大学赵玉谦［3，4］等利用SHS 反应内生TiC 颗粒增强的钢基复合材料等，本文首次提出采用Ti-C -Al -Fe2O3体系制备TiC -Al2O3增强钢基复合材料，优化工艺，降低成本，具有重要的研究价值.

1 实验方法

该体系实验原材料均采用纯度为99%，粒度为75μm 的金属粉末.

本实验选择Ti -C -Al -Fe2O3反应体系，将四种粉末以适当比例充分的混合，以200r/min 的转速球磨3h.然后将混合后的粉末压制成预制块.将经过干燥和预热后的预制块放置在需要陶瓷颗粒增强的部位，合箱后，用10kg 碱性中频感应炉熔炼钢液，待钢液均匀熔化后浇入已经放置好预制块砂型中，预制块由于钢液的高温被引燃，发生了高温自蔓延反应，生成Al2O3，TiC 颗粒.结合XRD 及DSC 分析，为研究该体系反应合成Al2O3，TiC 提供了理论依据.

2 热力学分析

Ti - C - Al - Fe2O3体系的反应温度约为1600℃(高于钢的熔化温度).该反应体系是多组元间的(Ti，Al，C 和Fe2O3)化学反应. 根据热力学计算，绘制出该体系生成产物的△G 随T 变化的曲线.

图1 主要产物的自由……