TiO2對擠壓鑄造AlAl2O3p/鋼基復(fù)合材料組織與力學(xué)性能的影響

余 晶，盧德宏，王 健，蔣業(yè)華

(昆明理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，昆明 650093)

?

TiO2對擠壓鑄造AlAl2O3p/鋼基復(fù)合材料組織與力學(xué)性能的影響

余 晶，盧德宏，王 健，蔣業(yè)華

(昆明理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，昆明 650093)

在預(yù)制坯中加入TiO2粉末，利用擠壓鑄造法制備Al2O3顆粒增強1065鋼基復(fù)合材料，研究TiO2對復(fù)合材料組織與力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：TiO2使基體與Al2O3的結(jié)合界面形成了TiO2、Al2TiO5界面層；添加TiO2的復(fù)合材料硬度和三點彎曲強度分別為39.0HRC，743.94MPa，比未添加TiO2的復(fù)合材料分別提高了10.0%，26.4%；斷口掃描表明，添加TiO2的復(fù)合材料界面結(jié)合良好無裂紋，Al2O3顆粒表現(xiàn)為穿晶斷裂。說明加入的TiO2改善了Al2O3P/鋼基復(fù)合材料界面結(jié)合強度，提高了復(fù)合材料力學(xué)性能。

擠壓鑄造；TiO2；Al2O3顆粒；鋼基復(fù)合材料；界面；力學(xué)性能

Al2O3顆粒具有穩(wěn)定的高溫抗氧化性、低密度、耐腐蝕性好、成本低等優(yōu)點，故Al2O3增強鋼基復(fù)合材料在機電材料、模具材料及耐磨材料領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用。但該復(fù)合材料存在制備困難、Al2O3顆粒與鋼界面結(jié)合弱、復(fù)合材料力學(xué)性能差等問題[1-4]。所以，如何提高Al2O3顆粒與基體界面結(jié)合強度，增強其力學(xué)性能是研究的熱點之一。目前，主要通過在增強相表面鍍層、在基體金屬中加入能與增強相反應(yīng)的活化元素、原位反應(yīng)自生成增強相、在預(yù)制坯中加入活化元素促進基體與增強相界面結(jié)合等手段來改善復(fù)合材料的界面結(jié)合[5]。王恩澤等[6]研究了鍍Ni的Al2O3顆粒與耐熱鋼之間的潤濕行為，并采用負(fù)壓浸滲方法得到氧化鋁/耐熱鋼復(fù)合材料。石永亮等[7]通過Ti誘導(dǎo)反應(yīng)溶體無壓浸滲法制備(W,TiC)/Fe復(fù)合材料。Travitzky等[8]向預(yù)制坯加入鋁熱劑，反應(yīng)放熱浸滲得到Al2O3/Fe-Cr-Ni復(fù)合材料。Lemster等[9]向預(yù)制坯中加入Ti粉，改善陶瓷顆粒與鐵液的界面結(jié)合能力，在1600℃鋼液中長時間浸滲得到了Al2O3與鋼的復(fù)合材料。這些方法存在工藝復(fù)雜、組織不致密、成本較高等問題。TiO2相比Ni和Ti等元素，與Al2O3具有一定的活性并且成本更低。據(jù)文獻報道，TiO2表面包覆Al2O3，Al是以Ti—O—Al化學(xué)鍵形式結(jié)合于TiO2表面，而且實驗室中也常用Al2O3與TiO2制備Al2TiO5陶瓷[10,11]。擠壓鑄造浸滲法工藝簡單可靠、效率高，能夠進行大批量生產(chǎn)，所得復(fù)合材料的金屬基體組織致密，而且高壓力有利于減小預(yù)制坯孔間的毛細管阻力，能減小金屬液進入預(yù)制坯的臨界壓力，甚至即便未經(jīng)過表面處理的預(yù)制坯也能夠得到結(jié)合致密的復(fù)合材料[12-14]。本工作在預(yù)制坯中加入TiO2粉末，利用擠壓鑄造法制備Al2O3顆粒增強1065鋼基復(fù)合材料，研究TiO2對復(fù)合材料組織與力學(xué)性能的影響，以期為Al2O3顆粒增強鋼基復(fù)合材料制備和界面研究提供參考。

1 實驗材料及方法

1.1 實驗材料

實驗材料主要包括TiO2，Al2O3和金屬基體材料。TiO2粉和Al2O3顆粒的SEM照片如圖1所示。Al2O3顆粒粒徑為450～900μm，純度為99.75%。TiO2粉的粒徑為0.1～0.3μm，純度為99.5%，加入15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)的Al2O3。預(yù)制坯黏結(jié)劑為水玻璃，模數(shù)為2.5，加入4%的Al2O3。金屬基體材料為1065鋼，其化學(xué)成分：C 0.60%～0.70%，Mn 0.50%～0.80%，Si 0.15%～0.35%，Cr 0.1%～0.25%，余量為Fe。

圖1 TiO2粉(a)和Al2O3顆粒(b)的SEM圖Fig.1 SEM images of TiO2 powder(a) and Al2O3 particles(b)

1.2 實驗方法

1.2.1 擠壓鑄造方法

擠壓鑄造方法，即首先在金屬模具內(nèi)部涂覆5mm厚的陶瓷保溫層，以達到對鋼液進行保溫、降低鋼液冷卻速率的目的，再通過液壓機擠壓金屬液，使得其浸滲到預(yù)制坯空隙中。保溫層具體的配比和參數(shù)如表1所示。保溫層的熱物性參數(shù)通過導(dǎo)熱系數(shù)儀FL4010測得，在1000℃時的導(dǎo)熱系數(shù)為0.96W·m-1·K-1，比熱容為0.779kJ/(kg·K)，而模具40Cr鋼在1000℃時的導(dǎo)熱系數(shù)為27W·m-1·K-1，比熱容為0.46kJ/(kg·K)，相比較實驗所用的保溫層具有良好的保溫效果。

表1 保溫層配比和參數(shù)

實驗采用YQ32-160四柱液壓機，具體的擠壓鑄造工藝參數(shù)如表2所示。

表2 復(fù)合材料的擠壓鑄造工藝參數(shù)

1.2.2 復(fù)合材料的制備方法

首先，將Al2O3顆粒、TiO2粉和水玻璃在球磨機中充分混合，使TiO2粉附著于Al2O3表面，并使Al2O3之間相互黏結(jié)。然后，壓制成φ90mm×25mm圓餅狀的增強相預(yù)制坯。為了除去預(yù)制坯中的水蒸氣，使顆粒之間相互緊密黏結(jié)，并使預(yù)制坯獲得一定的抗高溫金屬液沖擊能力，將圓餅狀預(yù)制坯在真空加熱爐中焙燒到1000℃，保溫1h。最后，將圓餅狀預(yù)制坯置于模具中，采用擠壓鑄造方法制備得到復(fù)合材料，擠壓浸滲工藝圖如圖2所示。

圖2 復(fù)合材料擠壓鑄造浸滲工藝圖Fig.2 Process drawing of composites by squeeze casting

1.2.3 分析方法

復(fù)合材料金相試樣經(jīng)鑲嵌、磨光、拋光和體積分?jǐn)?shù)為4%硝酸酒精腐蝕后，用EZ4D金相顯微鏡觀察試樣的顯微組織；采用S-3400N型掃描電鏡對復(fù)合材料進行組織觀測和EDS分析；采用D8 ADVANCE型X射線衍射儀(XRD)對復(fù)合材料物相進行分析，具體參數(shù)：CuKα輻射，耦合連續(xù)掃描角度為10°～90°，管流為200mA，管壓為40kV，掃描速率為1(°)/min，步進為0.02°。為了分析復(fù)合材料界面存在的化學(xué)反應(yīng)，利用STA 449F3同步熱分析儀測試復(fù)合材料DSC曲線，具體參數(shù)：Ar氣保護，從室溫升高到1500℃，加熱速率為10.0℃/min。

用HR-150A型洛氏硬度計測試復(fù)合材料的硬度，共測試5個點；在AG-IS萬能試驗機上測試復(fù)合材料的三點彎曲抗彎強度σbb，壓頭位移速率為0.1mm/min。試樣跨距為25mm，寬度為10mm，高度為5mm，示意圖如圖3所示。測試3個實驗樣，取其平均值。

圖3 試樣三點彎曲示意圖 (a)橫截面；(b)縱截面Fig.3 Diagram of three point bending for sample(a)cross section;(b)longitudinal section

抗彎強度σbb為[15]：

(1)

式中：Fbb為最大彎曲力(N)；Ls為跨距(mm)；W為試樣的抗彎截面系數(shù)；b為試樣寬度(mm)；h為試樣高度(mm)。

2 結(jié)果與討論

2.1 TiO2對復(fù)合材料組織的影響

復(fù)合材料預(yù)制坯顆粒表面SEM照片如圖4所示。圖4(a)為未焙燒預(yù)制坯顆粒表面形貌，可以看出，通過水玻璃的黏結(jié)，TiO2粉均勻地包覆在顆粒表面，放大后可觀察到TiO2細小顆粒相互黏結(jié)在一起。圖4(b)為在真空加熱爐中焙燒到1000℃后顆粒表面形貌，可知顆粒表面少部分TiO2產(chǎn)生龜裂，這是由于TiO2和Al2O3熱膨脹系數(shù)不同造成的，而大部分TiO2包覆良好，放大后發(fā)現(xiàn)表面TiO2之間的空隙減少，TiO2和水玻璃聚集在一起。

圖4 未焙燒(a)和焙燒后(b)預(yù)制坯表面SEM圖Fig.4 SEM images of unroasted(a) and roasted(b) preform surface

擠壓鑄造制備的添加TiO2鋼基復(fù)合材料基體組織無鑄造缺陷，復(fù)合材料浸滲效果良好，浸滲厚度可以達到10～15mm。圖5是未添加TiO2和添加TiO2復(fù)合材料的SEM照片和界面線掃描?？梢钥闯?，Al2O3顆粒都呈不規(guī)則多邊形均勻分布于鋼基體中，鋼基體與Al2O3顆粒結(jié)合緊密。從圖5(b)中可以明顯看到，大部分Al2O3顆粒的表面都包覆著一層界面層，基體中也有少量與界面層類似的灰色顆粒。通過Image-pro plus計算得出Al2O3顆粒在鋼基復(fù)合材料中的體積分?jǐn)?shù)約為55%。為了探究界面成分及其變化情況，對圖5(b)方框區(qū)域A進行了線掃描分析，結(jié)果如圖5(c)所示。從左向右，沿Al2O3顆?！缑妗w→界面→Al2O3顆粒方向分析了C，O，Al，Si，Ti，F(xiàn)e元素含量的變化情況。黑色的為Al2O3，白色的為1065鋼基體，灰色的為界面改性層。從元素變化情況，初步判斷界面處主要元素有Ti，O，Si及一定量的Al和Fe。

圖5 復(fù)合材料SEM圖和界面線掃描分析 (a)未添加TiO2;(b)添加TiO2;(c)圖5(b)A區(qū)線掃描分析Fig.5 SEM images and line scanning analysis of composites (a)without TiO2;(b)with TiO2;(c)line scanning analysis of A area in fig.5(b)

圖6為添加TiO2的復(fù)合材料界面形貌。為了進一步分析界面產(chǎn)物，對界面進行EDS分析，1區(qū)為界面處，2區(qū)為基體中少量灰色顆粒。結(jié)果表明，界面處的元素為O，Al，Si，F(xiàn)e，Ti以及少量的Mn元素。界面Fe元素和少量Mn元素是來自1065鋼液，這是由于預(yù)制坯中顆粒表面的TiO2相互之間存在微小空隙，擠壓浸滲過程中，鋼液就會進入這些空隙中；Si元素的存在，主要是由于制備預(yù)制坯時加入的水玻璃含有大量Si元素；界面有Al的存在，可能是由于Al2O3與加入的TiO2存在化學(xué)反應(yīng)；大量的Ti存在說明界面主要物質(zhì)可能為TiO2和一些鈦酸物。根據(jù)相關(guān)文獻[16-18]， Al2O3和TiO2微細粉在1450℃下保溫2h，可以得到Al2TiO5粉。

圖6 添加TiO2的復(fù)合材料界面形貌Fig.6 Morphology of composites interface with TiO2

加入TiO2后復(fù)合材料存在以下化學(xué)反應(yīng)：

Al2O3+TiO2=Al2TiO5

(2)

根據(jù)1區(qū)Al元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和原子分?jǐn)?shù)，計算出Al2TiO5含Ti元素10.62%，剩余的Ti元素存在于TiO2，說明界面的主要物質(zhì)為TiO2。含有少量Al2TiO5，這可能是擠壓浸滲時間短、元素擴散相對較慢、只有Al2O3表面一層TiO2參加反應(yīng)的原因。由于Al2O3可與TiO2生成Al2TiO5陶瓷相，它與Fe之間互相浸潤，生成的Al2TiO5和加入的TiO2組成了界面改性層，將Al2O3和鋼的結(jié)合方式由機械結(jié)合轉(zhuǎn)變?yōu)橐苯鸾Y(jié)合，有效地改善了界面結(jié)合。

根據(jù)2區(qū)O和Ti元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和原子分?jǐn)?shù)可知，基體中少量灰色顆粒的主要成分為TiO2；Si元素存在主要是由于制備預(yù)制坯時加入的水玻璃含有Si；Mn和Fe元素來自金屬液中；Al元素的存在是因為界面Al2O3與TiO2發(fā)生反應(yīng)，受到金屬液沖擊，散落在基體中。

為了探究復(fù)合材料表面各元素分布情況，測試了O，Al，F(xiàn)e，Ti元素選區(qū)面分布，如圖7所示。結(jié)果表明，O元素主要分布在Al2O3顆粒表面和界面；Al主要分布在Al2O3表面，但界面處存在一定量的Al元素，說明加入的TiO2和Al2O3發(fā)生界面反應(yīng)；Fe元素來自金屬基體中；少量Ti元素處于基體中，這是由于顆粒表面的TiO2進入金屬液，大部分Ti分布在界面處，說明界面處的主要物質(zhì)為TiO2。分析可知，界面主要物質(zhì)為TiO2和少量Al2TiO5。

圖7 元素分布圖 (a)O;(b)Al;(c)Fe;(d)Ti Fig.7 Element distribution (a)O;(b)Al;(c)Fe;(d)Ti

圖8為未添加TiO2和添加TiO2復(fù)合材料XRD分析。發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料都含α-Fe，Al2O3兩相。添加TiO2的復(fù)合材料中還有TiO2相，但XRD中未出現(xiàn)Al2TiO5，這是由于氧化鋁在鋼基復(fù)合材料中的體積分?jǐn)?shù)約為55%，而TiO2的加入量為Al2O3的15%，只占復(fù)合材料的7%，只在Al2O3表面參加反應(yīng)，所以復(fù)合材料表面Al2TiO5物相的含量不在測試的范圍之內(nèi)。但根據(jù)XRD分析結(jié)果，添加TiO2的復(fù)合材料界面存在TiO2相，這說明界面的主要物質(zhì)為TiO2，Al2TiO5只是少量存在，這與能譜分析相吻合。

圖8 復(fù)合材料的XRD分析Fig.8 XRD analysis of composites

利用同步熱分析儀對未添加TiO2和添加TiO2復(fù)合材料進行DSC分析對比，結(jié)果如圖9所示。純鐵粉的DSC測試曲線中，770℃為鐵的居里點，即由磁性的α-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)闊o磁性的α-Fe；912℃為鐵發(fā)生A3轉(zhuǎn)變的溫度點，即由體心立方的α-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎降摩?Fe，1538℃為純鐵的熔點[19]。本實驗所測得的復(fù)合材料DSC曲線中，未添加TiO2的有3個吸熱峰，分別對應(yīng)的是居里點、A3轉(zhuǎn)變溫度點和熔點。而添加TiO2的有4個吸熱峰，從左到右的第1個峰值764.7℃、第2個峰值918.9℃和第4個峰值1373.0℃分別對應(yīng)居里轉(zhuǎn)變溫度、A3轉(zhuǎn)變溫度和熔點，相比純鐵粉曲線有所變化，是因為復(fù)合材料的基體為含碳量為0.65%的碳鋼。由于測試過程處于Ar氣保護，第3個吸熱峰1354.5℃對應(yīng)的為TiO2與Al2O3發(fā)生界面反應(yīng)的溫度點。兩種DSC曲線對比可知Al2O3與界面的TiO2反應(yīng)生成Al2TiO5。

圖9 復(fù)合材料的DSC分析Fig.9 DSC analysis of composites

2.2 TiO2對復(fù)合材料硬度的影響

圖10為未添加TiO2和添加TiO2復(fù)合材料洛氏硬度對比圖。可知，復(fù)合材料的硬度都大于基體材料，這主要是由于在復(fù)合材料中有Al2O3硬質(zhì)相陶瓷的存在，Al2O3陶瓷顆粒彌散分布在整個復(fù)合材料中，并且未添加TiO2的復(fù)合材料通過擠壓鑄造方法制備，界面雖然是機械結(jié)合，但是結(jié)合較為牢固，提高了抗變形能力，能夠均勻地承載較大的壓力載荷。未添加TiO2復(fù)合材料的硬度為35.5HRC，添加TiO2復(fù)合材料的硬度為39.0HRC，硬度提高了10.0%，這是由于加入TiO2后Al2O3和金屬基體的界面之間形成TiO2、Al2TiO5界面改性層，使復(fù)合材料界面由簡單的機械結(jié)合變?yōu)橐苯鸾Y(jié)合，改善了界面結(jié)合能力，從而能夠承載更大的外界壓力。

圖10 復(fù)合材料的硬度Fig.10 Hardness of composites

2.3 TiO2對復(fù)合材料三點彎曲強度的影響

界面結(jié)合強度是衡量增強體與基體之間界面結(jié)合狀態(tài)的一個重要指標(biāo)，是決定復(fù)合材料整體強度的關(guān)鍵因素。圖11為未添加TiO2和添加TiO2復(fù)合材料的三點彎曲強度對比圖。添加TiO2的復(fù)合材料三點彎曲強度為743.94MPa，大于未添加TiO2的(588.74MPa)，但小于基體材料(1310.66MPa)。復(fù)合材料三點彎曲強度小于基體，這是由于Al2O3顆粒的體積分?jǐn)?shù)約為55%。顆粒體積分?jǐn)?shù)大，雖然硬度和耐磨性也隨之增強，但脆性也變大，抗彎強度必然下降，而基體材料韌性比較大，所以彎曲強度必然大于復(fù)合材料。添加TiO2的復(fù)合材料三點彎曲強度較未添加的提高了26.4%，這是因為TiO2與Al2O3生成Al2TiO5和未反應(yīng)的TiO2在顆粒和基體之間形成了過渡層，緩解了顆粒剝落，阻止裂紋的產(chǎn)生，從而提高了其界面結(jié)合強度。

圖11 復(fù)合材料的三點彎曲強度Fig.11 Three point bending strength of composites

圖12 復(fù)合材料的斷口(1)和亞表面形貌(2) (a)未添加TiO2;(b)添加TiO2Fig.12 Fracture(1) and surfaces fracture morphologies(2) of composites (a)without TiO2;(b)with TiO2

圖12分別為未添加TiO2和添加TiO2復(fù)合材料的三點彎曲斷口和斷口亞表面形貌掃描照片。由斷口形貌可知，未添加TiO2的復(fù)合材料斷口顆粒和基體之間有明顯的裂紋，而且有的顆粒已經(jīng)脫落，部分裂紋有明顯的擴展趨勢。但是添加TiO2的復(fù)合材料斷口顆粒和基體之間結(jié)合較為牢固，并沒有出現(xiàn)明顯的裂紋，顆粒從內(nèi)部逐層斷裂，表現(xiàn)為穿晶斷裂，并且顆粒周圍都被TiO2及Al2TiO5所包裹，說明加入的TiO2對顆粒和基體界面結(jié)合強度有較大改善。由于界面主要物質(zhì)為TiO2，Al2TiO5只有少量，所以起到主要作用的為TiO2，即Fe-TiO2-Al2O3的過渡層，而Al2TiO5使得界面由機械結(jié)合變?yōu)橐苯鸾Y(jié)合。由斷口亞表面形貌可知，未添加TiO2的復(fù)合材料顆粒和基體之間有明顯的脫落分離，界面存在裂紋。而添加TiO2的復(fù)合材料顆粒與基體界面結(jié)合良好，沒出現(xiàn)裂紋，顆粒也沒有脫落現(xiàn)象。說明加入TiO2后，Al2O3顆粒和金屬基體的界面有了明顯的改善。

3 結(jié)論

(1)添加TiO2的復(fù)合材料界面形成一層Al2TiO5和TiO2組成的界面改性層，其中Al2TiO5是由TiO2與Al2O3反應(yīng)生成的。此界面改性層能夠有效地改善界面結(jié)合方式，使界面由簡單的機械結(jié)合變?yōu)橐苯鸾Y(jié)合。

(2)1354.5℃對應(yīng)的吸熱峰為Al2O3與TiO2反應(yīng)峰，界面的Al2O3與TiO2會形成Al2TiO5。

(3)添加TiO2的復(fù)合材料硬度達到39.0HRC，相比未添加TiO2復(fù)合材料提高了10.0%。

(4)添加TiO2的復(fù)合材料三點彎曲強度達到743.94MPa，相比未添加TiO2的復(fù)合材料提高了26.4%。斷口掃描表明，添加TiO2的復(fù)合材料界面結(jié)合良好，無明顯的裂紋，Al2O3顆粒主要表現(xiàn)為穿晶斷裂，說明加入TiO2顯著提高了界面結(jié)合強度，起到主要作用的為Fe-TiO2-Al2O3的過渡層。

[1] 葉勁，尤顯卿，黃曼平.WCP/鋼基復(fù)合材料及復(fù)合軋輥的研究進展[J].稀有金屬與硬質(zhì)合金,2008,36(3):48-53.

YE J,YOU X Q,HUANG M P.The latest development of WCP/steel-based composites and compound roller[J].Rare Metals and Cemented Carbides,2008,36(3):48-53.

[2] 高躍崗，姚秀榮，劉兆晶.國外鐵基復(fù)合材料的發(fā)展及應(yīng)用[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2006,29(4):431-436.

GAO Y G,YAO X R,LIU Z J.Development and application of ferrous matrix composites in foreign countries[J].Journal of Hefei University of Technology (Natural Science),2006,29(4):431-436.

[3] 鮑崇高，王恩澤，高義民.氧化鋁顆粒耐熱鋼基復(fù)合材料的高溫磨損特性[J].西安交通大學(xué)學(xué)報,1999,33(11):79-81.

BAO C G,WANG E Z,GAO Y M.Properties of alumina particle/heat-resistant steel composites under high temperature abrasive wear[J].Journal of Xi’an Jiaotong University,1999,33(11):79-81.

[4] PAGOUNIS E,LINDROOS V K.Processing and properties of particulate reinforced steel matrix composites[J].Materials Science and Engineering:A,1998,246(14):221-234.

[5] 陳維平，楊少鋒，韓孟巖.陶瓷/鐵基合金復(fù)合材料的研究進展[J].中國有色金屬學(xué)報,2010,20(2):257-266.

CHEN W P,YANG S F,HAN M Y.Research development of ceramic/Fe-based alloy composites[J].The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2010,20(2):257-266.

[6] 王恩澤，徐雁平，鮑崇高.Al2O3顆粒/耐熱鋼復(fù)合材料的制備及高溫磨料磨損性能[J].復(fù)合材料學(xué)報,2004,21(1):56-60.

WANG E Z,XU Y P,BAO C G.Fabrication of Al2O3/heat-resistant steel composite and its wear-resistance at high temperature and abrasive[J].Acta Materiae Compositae Sinica,2004,21(1):56-60.

[7] 石永亮，郭志猛，郝俊杰，等.Ti誘導(dǎo)反應(yīng)熔體無壓浸滲法制備(W,Ti)C/Fe復(fù)合材料[J].復(fù)合材料學(xué)報,2012,29(4):119-125.

SHI Y L,GUO Z M,HAO J J,et al.Processing of (W,Ti)C/Fe composites by pressureless Ti-activated reactive metal infiltration[J].Acta Materiae Compositae Sinica,2012,29(4):119-125.

[8] TRAVITZKY N,KUMAR P,SANDHAGE K H,et al.Rapid synthesis of Al2O3reinforced Fe-Cr-Ni composites[J].Materials Science and Engineering:A,2003,344(1-2):245-252.

[9] LEMSTER K,GRAULE T,KUEBLER J.Processing and microstructure of metal matrix composites prepared by pressureless Ti-activated infiltration using Fe-base and Ni-base alloys[J].Materials Science and Engineering,2005,393(1-2):229-238.

[10] 張長拴，李志勛，張樂，等.超細納米TiO2/Al2O3復(fù)合體的制備及其組成分布的研究[J].化學(xué)研究與應(yīng)用,2000,12(4):379-382.

ZHANG C S,LI Z X,ZHANG L,et al.Studies of preparation of ultrafine nanometer TiO2/Al2O3complex support and composition distributing[J].Chemical Research and Application,2000,12(4):379-382.

[11] 李崇桂，于治水，張有鳳，等.激光重熔Al2O3-TiO2涂層的界面結(jié)合及劃痕破壞失效行為[J].材料熱處理學(xué)報,2013,34(增刊1):156-162.

LI C G,YU Z S,ZHANG Y F,et al.Bonding state and scratch failure behavior of laser remelted Al2O3-TiO2coatings[J].Transactions of Materials and Heat Treatment,2013,34(Suppl 1):156-162.

[12] 趙平，高升吉，陳睿.擠壓浸滲中的包抄現(xiàn)象及氣孔形成機制[J].中國有色金屬學(xué)報,1999,39(1):29-34.

ZHAO P,GAO S J,CHEN R,et al.Analysis of outflanking phenomenon during melt infiltration by squeeze and formation mechanism of pores in MMCs[J].The Chinese Journal of Nonferrous Metals,1999,39(1):29-34.

[13] 張廣安，羅守靖，田文彤.短碳纖維增強鋁基復(fù)合材料的擠壓浸滲工藝[J].中國有色金屬學(xué)報,2002,12(3):525-528.

ZHANG G A,LUO S J,TIAN W T.Squeezing infiltration process for short carbon fiber reinforced aluminum alloy matrix composites[J].The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2002,12(3):525-528.

[14] HABIB K A,SAURA J J,FERRER C,et al.Comparison of flame sprayed Al2O3/TiO2coatings:their microstructure mechanical properties and tribology behavior[J].Surface and Coatings Technology,2006,201(3-4):1436-1443.

[15] 李斌，陳招科，熊翔.熱處理對含C-SiC-TaC-C界面C/C復(fù)合材料力學(xué)性能的影響[J].復(fù)合材料學(xué)報，2012,29(1):98-103.

LI B,CHEN Z K,XIONG X.Effect of heat treatment on mechanical properties of C/C composites with C-SiC-TaC-C multi-interlayer[J].Acta Materiae Compositae Sinica,2012,29(1):98-103.

[16] VARGAS F,AGEORGES H,FOURNIER P.Mechanical and tribological performance of Al2O3-TiO2coatings elaborated by flame and plasma spraying[J].Surface and Coatings Technology,2010,205(5-6):1132-1136.

[17] DEJANG N,WATCHARAPASORN A,WIROJUPATUMP S,et al.Fabrication and properties of plasma-sprayed Al2O3/TiO2composite coatings[J].Journal of Thermal Spray Technology,2011,20(6):1259-1268.

[18] ZHANG J X,HE J,DONG Y,et al.Microstructure and properties of Al2O3-13%TiO2coatings sprayed using nanostructured powders[J].Rare Metals,2007,26(4):391-397.

[19] 龔偉，王一三，王靜，等.原位燒結(jié)合成(Ti,V)C/Fe復(fù)合材料的組織及形成機理[J].材料熱處理學(xué)報,2008,29(2):31-35.

GONG W,WANG Y S,WANG J,et al.Microstructure and forming mechanism of (Ti,V)C/Fe composite synthesized by in situ sintering[J].Transactions of Materials and Heat Treatment,2008,29(2):31-35.

Influence of TiO2on Microstructure and Mechanical Properties of2O3p/Steel Matrix Composites Prepared by Squeeze Casting

YU Jing,LU De-hong,WANG Jian,JIANG Ye-hua

(Faculty of Materials Science and Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093,China)

By adding TiO2powder into the preform, Al2O3particles reinforced 1065 steel matrix composites were prepared by squeeze casting. The influence of TiO2on the microstructure and mechanical properties of the composites was investigated. The results indicate that TiO2and Al2TiO5were produced at the interface between matrix and Al2O3particles. Hardness and three point bending strength reach 39.0HRC and 743.94MPa respectively, which was 10.0% and 26.4% higher than those of the composites without TiO2powder. Fracture morphologies show that there is no crack at the interface and Al2O3particles are transcrystalline rupture. The interface bonding is improved by TiO2powder for the Al2O3particles reinforced composites, and the mechanical properties of the composites increase.

squeeze casting;TiO2;Al2O3particle;steel matrix composite;interface;mechanical property

10.11868/j.issn.1001-4381.2016.12.014

TB331

A

1001-4381(2016)12-0084-08

國家自然科學(xué)基金資助項目(51265019)

2014-12-31;

2016-04-20

盧德宏(1968-)，男，教授，從事耐磨材料方面的研究工作，聯(lián)系地址：云南省昆明市五華區(qū)學(xué)府路昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院(650093)，E-mail:ldhongkust@126.com