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陶瓷颗粒增强钢铁基复合材料主要作为高效耐磨材料应用于冶金、矿山、水泥、电力、机械和煤炭等工业领域。其中,氧化锆增韧氧化铝（ZTA）陶瓷的价格低廉、韧性较好、耐高温磨损性能优异且与钢铁基体的热膨胀系数较为匹配,因此开发高性能低成本ZTA颗粒（ZTAp）增强钢铁基复合材料得到广泛关注。然而,ZTAp与钢铁液的润湿性差,导致无压铸渗制备ZTAp/钢铁基复合材料相当困难。此外,ZTAp/钢铁的界面基本为机械结合,结合强度低,造成复合材料在抗磨损服役过程中的可靠性和耐磨性较差,限制了该材料的应用发展空间。为解决上述问题,本文首先在蜂窝构型预制体中的ZTA颗粒表面包覆活性陶瓷微粉,使其在无压铸渗时与ZTA颗粒和铁液发生化学反应形成反应型界面过渡区,促进铁液对预制体的浸渗。然后,深入研究反应型界面过渡区的微观组织和性能,实现增强颗粒与基体间性能的过渡。最后,通过压缩、冲击韧性和磨料磨损性能测试,探索具有反应型界面过渡区和蜂窝构型的复合材料工艺稳定性和耐磨性。研究阐明复合材料反应型界面过渡区设计原理和形成机理,揭示反应浸渗过程的浸渗机制,从而优化复合材料界面,提高其耐磨性。采用热力学的方法对基体、颗粒和微粉之间的化学反应进行计算,优选出Al2O3、B4C、SiC及TiO2等活性陶瓷微粉,结合实际浇注结果,表明在ZTA颗粒表面包覆以上微粉后制备的复合材料具有反应型界面过渡区。利用XRD、SEM、EPMA、TEM、HRTEM及纳米压痕等手段对ZTAp/高铬铸铁基复合材料反应型界面过渡区的组织和性能进行了表征和测试。结果表明,粘结剂在高温下形成的非晶组织为界面过渡区的基体,其上分布着陶瓷微粉、高铬铸铁和ZTA颗粒中各元素交互作用形成的金属间化合物。在Al2O3、B4C、SiC和TiO2等活性陶瓷微粉中,Al2O3粉包覆ZTA颗粒制备的复合材料综合性能最佳。该界面过渡区中的主要物相为3Al2O3·2SiO2、FeAl2O4尖晶石、非晶相Na4SiO4和纳米SiO2,其硬度值为7.1GPa,弹性模量为202.7GPa。界面过渡区的性能介于陶瓷颗粒和铁基体之间,可有效传递载荷。从热力学和动力学的角度研究了反应浸渗的浸渗机制。即高铬铸铁熔体在浸渗预制体的过程中,粘结剂首先发生反应形成非晶组织,然后高铬铸铁中的Fe、Cr、Mn等元素在高温下向非晶组织中扩散。这些扩散的合金元素与活性陶瓷微粉接触后发生化学反应形成金属间化合物,导致界面过渡区中合金元素的浓度差增大,从而促使高铬铸铁基体中的金属元素进一步扩散,最终增大高铬铸铁熔体的浸渗深度。对具有反应型界面过渡区和蜂窝构型的ZTAp/高铬铸铁基复合材料进行了压缩、冲击韧性和磨料磨损性能测试,结果表明,反应型界面过渡区可有效提高陶瓷颗粒“微观阴影效应”的效果,同时避免颗粒在外力作用下的脱落。蜂窝构型的结构则可提供“宏观阴影效应”,有效的保护基体,从而显著提高复合材料的力学性能和磨损性能。本论文通过构建反应型界面过渡区并研究反应浸渗机制,为解决非浸润型的ZTAp/高铬铸铁基复合材料浸渗问题和改善其界面结合提供新思路和新方法,丰富了复合材料浸渗理论,为陶瓷颗粒增强钢铁基耐磨复合材料的工业应用奠定实验基础和理论依据。