西安交大《MD》：通過陶瓷表面金屬冶金化處理大幅降低鑄鐵與氧化物陶瓷體系高溫潤濕性
2024-08-22 15:02:36
作者：材料科學與工程 來源：材料科學與工程
分享至：
陶瓷顆粒增強鐵基復合材料具有高強度、高硬度、耐磨性和耐熱性好等優點，在冶金、礦山、海工、空天等領域需求需求迫切。鐵基復合材料的影響因素繁多，如增強相、基體、界面等。隨著鐵基復合材料逐漸向縱深處發展，其應用領域不斷擴大，對性能的要求也越來越高。傳統鐵基復合材料中鋼鐵基體與氧化物陶瓷之間仍以機械結合為主，在使用過程中界面會優先開裂，導致復合材料的使用壽命下降。在界面處引入活性元素進而改善陶瓷與基體間的潤濕性，是提高復合材料界面性能的有效策略。近日，西安交大材料學院高義民教授團隊聯合西安航天精密機電研究所（航天九院16所），針對鐵基復合材料（IMCs, Iron matrix composites）中陶瓷顆粒與鋼鐵基體潤濕性差導致界面結合強度降低的問題展開了研究。該工作鑒于現有研究中異質界面引發的高溫潤濕過程中擴散作用以及反應產物誘導潤濕作用，構建了多層界面體系。通過表面處理在商用ZrO2陶瓷板上鍍覆了一層Ti層，使用座滴法研究了ZrO2@Ti/HCCI體系的潤濕行為。結果表明Ti元素可將高鉻鑄鐵（High-Cr Cast Iron，HCCI）與ZrO2間的潤濕角從~110°大幅降低至~13°；金屬-陶瓷界面處多元冶金化學反應產物TiO、ZrO2-x、ZrO等物相的形成與遷移、以及Fe和Cr元素向陶瓷內部的擴散是潤濕行為改良的重要因素。通過經典反應產物控制模型擬合實驗數據，擬合度高、模型可靠。
圖1. 不同溫度下HCCI在鍍鈦ZrO2陶瓷板上潤濕角隨時間變化相關成果以《揭示大幅降低鑄鐵與二氧化鋯陶瓷體系潤濕角的作用機理》（“Revealing the mechanism of abruptly dropping of the wetting angle for the cast iron and zirconia ceramic system”）為題發表在《材料與設計》（Materials & Design）上。西安交大為該論文通訊作者單位，材料學院李燁飛副教授為通訊作者，材料學院博士生趙子龍為論文第一作者。合作作者包括西安交大鄭巧玲、易大偉，航天九院16所程昊、張溯。https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.113232
該研究得到了陜西省秦創源“科學家+工程師”項目、西安市科技計劃等項目的支持。感謝西安交大張朋誠工程師在電鏡定性和定量結構表征和分析的大力支持。
免責聲明：本網站所轉載的文字、圖片與視頻資料版權歸原創作者所有，如果涉及侵權，請第一時間聯系本網刪除。
