作者：肖華強1陳禹伽1陳維平2何佳容1趙思皓1
作者單位：1. 貴州大學機械工程學院2. 華南理工大學廣東省金屬新材料制備與成形重點實驗室
刊名：材料導報
ISSN：1005-023X
出版年：2020-04-10
卷：34
期：7
起頁：7123-7129
止頁：
分類號：TB37
語種：中文
關鍵詞：熔蝕-磨損;鋁液;交互作用機理;金屬間化合物;
內容簡介在冶金、化工、航空航天及汽車等領域,高溫腐蝕性環境中承受動載的關鍵零部件往往因為腐蝕-磨損的作用而失效,從而造成巨大的經濟損失。當前,對于腐蝕-磨損的研究多集中于材料在腐蝕性氣體、溶液或顆粒沖刷條件下的加速流失,而對材料在高溫金屬熔體中的熔蝕-磨損失效行為研究鮮有報道,對材料在高溫金屬熔體中腐蝕失效及摩擦磨損失效的交互作用尚不明確。鋁及其合金產量居有色金屬材料之首,被廣泛應用于建筑、交通、能源、航空航天、電子等領域。然而鋁熔體是腐蝕性最強的金屬液之一,鋁工業如冶金、成形及熱浸鍍等生產過程中的一些關鍵零部件往往因熔蝕-磨損而失效破壞。目前大量使用的仍是高合金的耐磨類材料如模具鋼,材料價格昂貴、使用壽命很短,只能依靠頻繁更換部件來維持生產。因此迫切需要開發耐鋁液熔蝕-磨損新材料,滿足鋁工業生產應用的需求。然而,由于高溫金屬熔體這一腐蝕介質的特殊性,對材料高溫熔蝕-磨損行為的研究鮮有報道。這一方面是由于缺乏專用的設備對材料的熔蝕-磨損行為進行測試表征,另一方面則是由于腐蝕界面存在復雜的冶金物理化學反應,而關于熔蝕和磨損行為的交互作用機理尚不明確。目前對于材料在鋁液中熔蝕-磨損行為的研究較少,部分研究主要集中于鋁合金液態成形過程中模具的沖蝕-磨損行為及材料替代,材料在鋁液中的熔蝕-磨損機理研究則尚處于空白。近兩年,在開發新型高溫金屬熔體腐蝕-磨損試驗系統的基礎上,學者實現了對材料在高溫金屬鋁液中熔蝕-磨損行為的研究,并進行了大量的材料篩選。研究表明,常用的金屬材料在鋁液中的熔蝕-磨損行為主要受界面金屬間化合物的生成速度、性質及其與基體界面的結合情況的影響。材料因熔蝕-磨損導致的流失遠大于純腐蝕與純磨損導致的材料流失之和,說明材料在鋁液中的熔蝕-磨損失效并不是腐蝕和磨損行為的簡單疊加,其主要失效機理在于熔蝕和磨損的交互作用。對常用的H13鋼材料而言,其在典型工況下的熔蝕-磨損交互作用率達90%以上。在材料開發方面,目前大多依靠單一的腐蝕試驗以及高溫摩擦磨損試驗來收集數據,對耐鋁液熔蝕-磨損材料的研究也主要集中在鐵基合金組織調控、難熔金屬應用以及表面處理技術這三個方面。近年來發展起來的金屬間化合物基復合材料也為耐鋁液熔蝕-磨損新材料的開發開辟了新的思路。本文簡要介紹了材料在鋁液中的熔蝕-磨損失效行為,指出熔蝕與磨損的交互作用是導致材料或零件失效的關鍵原因,在此基礎上提出了對耐鋁液熔蝕-磨損材料的性能要求。基于對國內外耐鋁液熔蝕-磨損材料研究進展的綜述,提出了耐鋁液熔蝕-磨損材料未來的發展方向和研究重點。
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