·118… 工程科学学报，第41卷，第1期 Ni,Al composites.The CrC2/Ni,Al composites showed a good wear resistant property.The carbide-strengthening phase can block up the cutting action of the wear debris,reduce the interaction between the wear materials,and decrease the thickness of the subsurface layer and the size of the wear debris,resulting in improved wear resistance of CrC,/Ni Al composites. KEY WORDS composites;Cr,C2 strengthen phase;Ni,Al-based;wear resistance;mechanism analysis 与传统金属材料比较，Ni,A1金属间化合物具有 制，Cr3C2相明显提高了材料的硬度，改善了材料的 高熔点、高强度、优异的抗腐蚀性能和高温力学性能 耐磨性能.Zhu等1)分析了铬碳化物含量对Ni,Al 等特点，在高温工程领域获得了广泛关注-].此 基复合材料耐磨性能的影响，当铬碳化物添加量 外，Ni,A1金属间化合物在600~900℃温度范围内， 在一定范围内时，Ni3A1基复合材料耐磨性能明显 其强度随着温度的升高而增大，即具备强度-温度 提高.然而，尽管上述研究指出了CrC,/Ni,Al复 反常特性].因此，在多种高温耐磨组件（比如：航 合材料具有良好的耐磨性能，但在Cr,C2强化相提 空发动中的涡轮叶片、柴油发动机中的转子等)中， 高复合材料耐磨机制方面的研究还不够深入和 Ni,Al金属间化合物被认为是一种很有潜力的新型 全面 耐磨材料4).为了适应更加苛刻条件下的使用需 因此，本文采用热等静压工艺分别制备了Ni,Al 求，通常在Ni,A合金中添加硬质第二相(TiC、 合金和CrC,/Ni3Al复合材料，研究了Ni3Al合金和 ZO2、CrC2、WC和SiC),制备Ni3Al基复合材 Cr,C2/Ni3Al复合材料的室温磨损性能，深入分析了 料3，s-6).相关研究表明，由于CC2具有良好的热 Cr,C,强化相提高复合材料耐磨性能的机制. 硬度、耐氧化和耐磨损性，与N3A1润湿性良好，因 1实验部分 而将Cr,C,颗粒作为理想的强化相添加到Ni3Al合 采用Ni3Al合金粉末（粒径40~100m)和 金中，得到CrC,/NiAl复合材料，能够显著提高材 Cr3C2颗粒（粒径约为20um)作为原材料，利用热 料的耐磨性能[-o] 等静压工艺分别制备了Ni3A合金和Cr,C2体积 近年来，相关科研人员在CrC,/Ni,Al复合材 分数为6%的CrC,/Ni3Al复合材料，其中Ni3Al合 料摩擦磨损方面开展了一些研究工作.李尚平 金粉末和Cr3C2颗粒的微观形貌如图1所示.借 等川研究了Cr,C,Ni,Al复合堆焊层的室温摩擦磨 助NOVA NANOSEM450场发射扫描电镜分析了 损性能，Cr,C,/Ni3A1复合堆焊层耐磨性能优于传统 NiAl合金和Cr3C2/Ni3Al复合材料的微观组织. 耐磨材料Stellite12合金，碳化物尺寸、含量及碳化 利用Optimal SRV®4多功能摩擦磨损试验机，对 物与基材间结合性能是Cr,C,/Ni3Al复合堆焊层耐 NiAl合金和Cr3C2/NiAl复合材料开展了销-盘 磨性能的重要影响因素.Du等]采用火焰喷涂和 式摩擦磨损实验，NiAl合金和CrC2/NiAl复合 等离子喷涂技术制备了Ni,Al-Cr,C,复合涂层，对 材料为销（尺寸为14mm×3mm×2mm),灰铸铁 其室温干摩擦磨损性能进行了研究，结果表明这两 HT200为对磨盘（尺寸为中24mm×7.88mm).摩 种材料在磨损过程中主要发生了塑性变形和剥离机 擦磨损实验过程中，实验参数为载荷48N,冲程 a b 100um 15 um 图1粉末材料微观形貌：(a)Ni,Al合金粉末：(b)Cr3C,颗粒 Fig.1 Morphologies of powder materials:(a)Ni Al-alloy powders;(b)CraC2 particles工程科学学报,第 41 卷,第 1 期 Ni 3Al composites. The Cr3C2 / Ni 3Al composites showed a good wear resistant property. The carbide鄄strengthening phase can block up the cutting action of the wear debris, reduce the interaction between the wear materials, and decrease the thickness of the subsurface layer and the size of the wear debris, resulting in improved wear resistance of Cr3C2 / Ni 3Al composites. KEY WORDS composites; Cr3C2 strengthen phase; Ni 3Al鄄based; wear resistance; mechanism analysis 与传统金属材料比较,Ni 3Al 金属间化合物具有 高熔点、高强度、优异的抗腐蚀性能和高温力学性能 等特点,在高温工程领域获得了广泛关注[1鄄鄄2] . 此 外,Ni 3Al 金属间化合物在 600 ~ 900 益温度范围内, 其强度随着温度的升高而增大,即具备强度鄄鄄 温度 反常特性[3] . 因此,在多种高温耐磨组件(比如:航 空发动中的涡轮叶片、柴油发动机中的转子等)中, Ni 3Al 金属间化合物被认为是一种很有潜力的新型 耐磨材料[4] . 为了适应更加苛刻条件下的使用需 求,通常 在 Ni 3Al 合 金 中 添 加 硬 质 第 二 相 ( TiC、 ZrO2 、Cr3C2 、 WC 和 SiC), 制 备 Ni 3Al 基 复 合 材 料[3, 5鄄鄄6] . 相关研究表明,由于 Cr3C2 具有良好的热 硬度、耐氧化和耐磨损性,与 Ni 3Al 润湿性良好,因 而将 Cr3C2 颗粒作为理想的强化相添加到 Ni 3Al 合 金中,得到 Cr3C2 / Ni 3Al 复合材料,能够显著提高材 料的耐磨性能[7鄄鄄10] . 图 1 粉末材料微观形貌:(a) Ni3Al 合金粉末;(b) Cr3C2 颗粒 Fig. 1 Morphologies of powder materials: (a) Ni3Al鄄alloy powders; (b) Cr3C2 particles 近年来,相关科研人员在 Cr3C2 / Ni 3Al 复合材 料摩擦磨损方面开展了一些研究工作. 李尚平 等[11]研究了 Cr3C2 / Ni 3Al 复合堆焊层的室温摩擦磨 损性能,Cr3C2 / Ni 3Al 复合堆焊层耐磨性能优于传统 耐磨材料 Stellite 12 合金,碳化物尺寸、含量及碳化 物与基材间结合性能是 Cr3C2 / Ni 3Al 复合堆焊层耐 磨性能的重要影响因素. Du 等[12] 采用火焰喷涂和 等离子喷涂技术制备了 Ni 3Al鄄鄄 Cr3C2 复合涂层,对 其室温干摩擦磨损性能进行了研究,结果表明这两 种材料在磨损过程中主要发生了塑性变形和剥离机 制,Cr3C2 相明显提高了材料的硬度,改善了材料的 耐磨性能. Zhu 等[13] 分析了铬碳化物含量对 Ni 3Al 基复合材料耐磨性能的影响,当铬碳化物添加量 在一定范围内时,Ni 3Al 基复合材料耐磨性能明显 提高. 然而,尽管上述研究指出了 Cr3C2 / Ni 3Al 复 合材料具有良好的耐磨性能,但在 Cr3C2 强化相提 高复合材料耐磨机制方面的研究还不够深入和 全面. 因此,本文采用热等静压工艺分别制备了 Ni 3Al 合金和 Cr3C2 / Ni 3Al 复合材料,研究了 Ni 3Al 合金和 Cr3C2 / Ni 3Al 复合材料的室温磨损性能,深入分析了 Cr3C2 强化相提高复合材料耐磨性能的机制. 1 实验部分 采用 Ni 3Al 合金粉末( 粒径 40 ~ 100 滋m) 和 Cr3C2 颗粒(粒径约为 20 滋m) 作为原材料,利用热 等静压工艺分别制备了 Ni 3Al 合金和 Cr3C2 体积 分数为 6% 的 Cr3C2 / Ni 3Al 复合材料,其中 Ni 3Al 合 金粉末和 Cr3C2 颗粒的微观形貌如图 1 所示. 借 助 NOVA NANOSEM 450 场发射扫描电镜分析了 Ni 3Al 合金和 Cr3C2 / Ni 3Al 复合材料的微观组织. 利用 Optimal SRV 襆 4 多功能摩擦磨损试验机,对 Ni 3Al 合金和 Cr3C2 / Ni 3Al 复合材料开展了销鄄鄄 盘 式摩擦磨损实验,Ni 3Al 合金和 Cr3C2 / Ni 3Al 复合 材料为销(尺寸为 14 mm 伊 3 mm 伊 2 mm) ,灰铸铁 HT200 为对磨盘(尺寸为 准24 mm 伊 7郾 88 mm) . 摩 擦磨损实验过程中,实验参数为载荷 48 N,冲程 ·118·