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原位TiC颗粒弥散强化304不锈钢的制备及组织性能研究
摘要
本研究采用原位化学合成法，将钛(C4H9O)4引入304不锈钢基体中，并通过等离子喷涂前处理制备出原位TiC颗粒弥散强化的304不锈钢复合材料。通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射等测试手段对材料的结构和性能进行了分析。结果表明，原位TiC颗粒的添加能够显著提高304不锈钢的硬度和耐磨性。同时，原位化学合成法能够保证TiC颗粒和基体之间的良好结合，从而增强材料的耐磨性能。
关键词：原位化学合成；TiC颗粒；弥散强化；304不锈钢
Abstract
Thisstudyusedin-situchemicalsynthesismethodtointroducetetrabutyltitanate(C4H9O)4into304stainlesssteelmatrix,andpreparedin-situTiCparticlereinforced304stainlesssteelcompositematerialthroughplasmasprayingpretreatment.Thestructureandpropertiesofthematerialwereanalyzedbyscanningelectronmicroscopy,transmissionelectronmicroscopy,X-raydiffractionandothertestingmethods.Theresultsshowedthattheadditionofin-situTiCparticlescouldsignificantlyimprovethehardnessandwearresistanceof304stainlesssteel.Atthesametime,in-situchemicalsynthesismethodcouldensurethegoodcombinationbetweenTiCparticlesandmatrix,therebyenhancingthewearresistanceofthematerial.
Keywords:In-situchemicalsynthesis;TiCparticles;Dispersionstrengthening;304stainlesssteel
引言
304不锈钢是常用的耐蚀和耐高温材料，但在强磨损环境下的耐磨性能较差。为了提高304不锈钢的耐磨性能，在其基体中引入弥散颗粒被广泛研究。TiC作为一种高硬度、高强度和高熔点的陶瓷材料，被认为是一种理想的弥散颗粒。然而，由于TiC与304不锈钢在晶体结构、热膨胀系数等方面差异较大，TiC颗粒与304不锈钢基体之间的结合常常会产生问题。为了克服这些问题，本研究采用原位化学合成方法，在制备过程中通过化学反应将TiC颗粒和304不锈钢基体牢固地结合，形成了一种新型弥散强化材料。
实验
1.材料制备
304不锈钢基材表面处理后，用C4H9O4作为前驱体，在等离子喷涂前进行原位化学合成，制备出原位TiC颗粒弥散强化的304不锈钢复合材料。
2.材料性能测试
采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)分别观察材料的表面形貌和内部结构；X射线衍射(XRD)分析材料的晶体结构；硬度试验和磨损试验测量材料的机械性能和耐磨性能。
结果与分析
1.材料结构和形貌
SEM图像显示，原位TiC颗粒能够均匀地弥散到304不锈钢基体中，呈现出非常细小、均匀的分布；TEM图像显示，TiC颗粒大小在10-20nm左右，分布均匀；XRD分析表明，TiC颗粒为立方晶系。以上结果表明，原位化学合成法能够在材料制备过程中实现TiC颗粒的弥散，并且保证了颗粒的尺寸和分布均匀性。
2.材料性能
硬度测试结果显示，相对于未添加TiC颗粒的304不锈钢，弥散强化材料的硬度显著提高，表明TiC颗粒的添加能够有效地增强材料的力学性能。磨损试验结果表明，添加TiC颗粒的304不锈钢复合材料的耐磨性能也得到了明显改善。这是由于TiC颗粒作为硬度很高的陶瓷材料，能够有效地防止材料的表面磨损。
结论
本研究采用原位化学合成法制备了原位TiC颗粒弥散强化的304不锈钢复合材料。结果表明，添加TiC颗粒能够显著提高材料的硬度和耐磨性能。同时，原位化学合成法能够保证TiC颗粒和基体之间的良好结合，并且实现颗粒的均匀分布。因此，原位TiC颗粒弥散强化304不锈钢复合材料具有良好的应用前景。