ZrO2-316L不銹鋼梯度功能材料的制備及性能分析.pdf

1、本研究采用316L不銹鋼粉末及3％mol氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯粉末為材料。首先采用有限元分析法，對ZrO2/316L不銹鋼梯度功能材料進行設(shè)計，分別對實際工作環(huán)境中的純316L、層狀復合材料、兩層梯度材料、三層梯度材料、四層梯度材料進行了熱應(yīng)力和拉應(yīng)力的模擬分析。之后采用粉末注射成形法成功的制備了Z rO2/316L不銹鋼兩層功能梯度材料，兩層成分分別為90%316L/10%ZrO2和80%316L/20%ZrO2。確定了梯度材料制備過程

2、中的喂料、注射成型、脫脂、燒結(jié)等工藝的最佳工藝參數(shù)。并對制得的梯度功能材料微觀組織和結(jié)構(gòu)進行了觀察與分析，對材料界面過渡區(qū)的元素分布、橫截面的硬度進行檢測和分析。
　　研究結(jié)果表明，梯度功能材料內(nèi)部的溫度場是逐漸過渡的，層數(shù)越多越能緩和溫度的過渡，各層材料間的溫度梯度變化也越小，熱應(yīng)力值隨梯度層數(shù)增多而降低；材料的抗拉伸能力隨著FGM梯度層數(shù)的增加而變強，F(xiàn)GM的拉應(yīng)力及熱應(yīng)力都主要集中在界面處，且層數(shù)越多，梯度層間最大應(yīng)力和應(yīng)力

3、區(qū)域越小，材料緩和應(yīng)力的作用越明顯；ZrO2/316L不銹鋼梯度功能材料的抗拉能力和熱應(yīng)力緩和能力均比ZrO2/316L不銹鋼層狀復合材料以及純316L不銹鋼要好。
　　確定了ZrO2/316L不銹鋼兩層梯度功能材料合理的制備工藝為：喂料的粉末裝載體積分數(shù)為56%；注射溫度、壓力、保壓時間分別為150℃、80MPa、3s；在水浴鍋內(nèi)進行溶劑脫脂，脫脂溶劑采用正庚烷，脫脂溫度為45℃，脫脂時間為4h，此時石蠟脫除率可達90%，具備進

4、行熱脫脂的的孔隙條件；熱脫脂室溫至420℃溫度區(qū)間的平均升溫速率約為2℃/min，420℃~650℃升溫速率平均約為3℃/min，同時在250℃、420℃、550℃、650℃分別進行保溫30min、60min、60min、60min；燒結(jié)時室溫至900℃低溫燒結(jié)階段，升溫速率為5℃/min左右，并在900℃保溫1h，進行預燒結(jié)，900℃~1100℃中溫燒結(jié)階段升溫速率為2.5℃/min左右，在燒結(jié)的高溫階段1100℃~1320℃之間升溫