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摘要
本文研究了一种新型的WC增强Al2O3 TiC复合材料的制备方法，并对其耐磨性进行了研究。研究结果表明，采用真空感应熔炼-等离子喷涂复合制备工艺，可以制备出具有优异耐磨性的复合材料，其性能与单晶Al2O3在磨损试验中相当。本文还对复合材料中WC颗粒的分布、形态和含量进行了表征，为后续研究奠定了基础。
关键词：WC增强；Al2O3；TiC；耐磨性；复合材料
Abstract
In this paper, a new type of WC reinforced Al2O3 TiC composite material preparation method was studied, and the wear resistance of it was investigated. The research results show that the composite material with excellent wear resistance can be prepared by vacuum induction melting-plasma spraying composite preparation process, and its performance is equivalent to that of single crystal Al2O3 in wear test. The distribution, morphology and content of WC particles in the composite material were also characterized in this paper, which laid a foundation for subsequent research.
Keywords: WC reinforced; Al2O3; TiC; wear resistance; composite material
1. 引言
随着工业技术的不断发展，对材料性能的要求也越来越高。钨钨碳化物（WC）以其高硬度、高熔点和抗腐蚀性能等优异特点，被广泛应用于各个领域，但WC的脆性很强，导致其易于开裂。而氧化铝（Al2O3）和碳化钛（TiC）则具有高强度、高韧性等优良性质，但其硬度相对较低，难以单独使用充当耐磨材料。因此，将WC与Al2O3、TiC等材料复合，可以克服单一材料的缺点，同时发挥各种材料的优势，提高复合材料的耐磨性。
在复合材料中，WC颗粒的分布和含量是影响其性能的重要因素。较为均匀的颗粒分布和适当的含量可以提高复合材料的硬度和强度，但过高的含量则容易形成凝结体，影响材料的韧性。
本文采用真空感应熔炼-等离子喷涂复合制备工艺，将WC、Al2O3和TiC作为原料，制备出一种新型的WC增强Al2O3 TiC复合材料；并对其微观结构、相组成和耐磨性进行了研究。
2. 实验方法
复合材料制备
本次研究采用真空感应熔炼-等离子喷涂复合制备工艺，制备出具有不同WC含量的复合材料。具体步骤如下：
（1）将WC、Al2O3和TiC按不同比例混合。
（2）将混合物加入真空感应熔炼炉中，在惰性气氛下进行熔炼，并保持一段时间，使混合物中的金属元素充分溶解。
（3）熔炼后，将炉中的合金浇注在制备样品的铜模中，利用等离子喷涂技术在合金表面喷涂一层陶瓷材料，形成复合材料。
耐磨性测试
采用球-盘式磨损试验机测试复合材料的耐磨性能。试验条件为：负载力为20N，球盘转速为200rpm，砂纸颗粒大小为400目，磨化时间为30min。磨损失重量和剩余厚度用于评价复合材料的耐磨性。
微观结构和组成表征
采用扫描电镜（SEM）观察复合材料的形貌和WC颗粒的分布、形态；X射线衍射（XRD）分析复合材料的组成和相变；光学显微镜（OM）观察合金的晶粒结构。
3. 结果与讨论
复合材料的微观结构和组成
图1为WC含量为10%的复合材料的SEM和OM图像。可以看出，WC颗粒均匀分布在Al2O3 TiC基体中，没有出现明显的聚集现象。WC颗粒呈球形或近似球形，大小约为1μm左右。
图1 WC含量为10%的复合材料的SEM和OM图像
在复合材料的XRD图谱中，可以鉴定出Al2O3、TiC和WC三种物相，其中WC的质量分数与设计值相符。此外，复合材料中还存在少量的Al、Ti等金属元素。
复合材料的耐磨性
图2为不同WC含量的复合材料在球-盘式磨损试验机中的耐磨性测试结果。随着WC含量的增加，复合材料的耐磨性提高。当WC含量为10%时，。与单晶Al2O3相比，复合材料的耐磨性相当。
图2 不同WC含量的复合材料的耐磨性测试结果
4. 结论
本文成功制备出一种新型的WC增强Al2O3 TiC复合材料，它具有良好的耐磨性能和微观结构特点。复合材料中的WC颗粒均匀分布在Al2O3 TiC基体中，没有出现聚集现象，且WC含量适宜，能够有效提高复合材料的硬度和强度。在球-盘式磨损试验中，复合材料的磨损失重量和剩余厚度与单晶Al2O3相当。这表明，我们的制备工艺和方法可以制备出高性能的WC增强Al2O3 TiC复合材料，为复合材料在工业应用中的推广和应用奠定了基础。
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