混杂颗粒增强铁基复合材料磨损性能研究及应用技术
范磊^1，2，3，陈华辉¹
1.中国矿业大学（北京）机电与信息工程学院，北京，100083；
2.中国矿业大学（北京）放顶煤开采煤炭行业工程研究中心，北京，100083；
3.郑州煤矿机械集团股份有限公司，郑州，450016；
Email: fanlei@cumtb.edu.cn
摘要: 深地煤炭开采环境苛刻，综采装备受到严重的磨损作用，单一钢铁材料难以满足要求，开发新型的耐磨复合材料是提高综采装备使用寿命和可靠性的有效途径。采用真空烧结技术和原位合成技术制备了氧化锆增韧氧化铝颗粒（ZTAp）与碳化钛颗粒（TiCp）或碳化钒颗粒（VCp）混杂增强铁基复合材料（ZTAp-TiCp/Fe45、ZTAp-VCp/Fe45）。通过理论模拟和实验研究颗粒含量、尺寸和界面结合状态对复合材料的相结构、显微组织和力学性能的影响，深入研究了不同系列复合材料在两体磨料和三体磨料磨损条件下的磨损性能，所研究的复合材料在煤矿破碎机的破碎齿上进行了试应用。研究结果表明：ZTAp、TiCp、VCp 在铁基体中分布均匀，ZTAp与铁基体界面呈机械结合，对ZTAp表面进行改性处理可改善界面结合状态；原位合成的TiCp、VCp铁基体界面呈冶金结合，复合材料的强化机理为颗粒强化、细晶强化和弥散强化，增强颗粒的引入提高了复合材料的硬度和耐磨性。在两体和三体磨料磨损中TiCp、VCp通过弥散强化和细晶强化提高铁基体的硬度，减轻硬质磨料对材料的磨损作用。基体被磨损后ZTAp凸出基体表面起到承载作用和抗磨料侵入作用，阻碍了磨料对基体的进一步磨损，宏观表现提高了复合材料的耐磨性。原位合成的TiCp、VCp颗粒可有效提高铁基体的强度，有效提升ZTAp的支撑作用，使得复合材料表现出优良的耐磨损性能。复合材料与煤矿破碎机的破碎齿复合铸造后，破碎齿的耐磨寿命较未强化齿提高了一倍。
关键词: 复合材料；原位合成；磨损；复合铸造

图 耐磨复合材料组织结构及抗磨机理
参考文献：
[1] Lei Fan, Huahui Chen, Haicun Li, et al.et al. Ceramics International, 2018, 44(10):11013-11021
[2] Yue Wang, Yang Qin, Daoren Fu, et al. Wear, 2020, 458-459.
[3] Shuo Wu, Yang Qin, Daoren Fu, Lei Fan, et al. Ceramics International, 2020, 46(10):15972-15981.
 

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