ZrO2-SUS316L梯度復合管的制備及性能研究.pdf

1、近些年來梯度功能材料(FGM)的應用已經(jīng)滲透到了各個領域,并已逐步向?qū)嵱没l(fā)展。然而,迄今為止,有關功能梯度材料的研究大都限于板狀試樣的制備,關于梯度復合管制備的報道較為少見。本文以ZrO2和SUS316L為原料,創(chuàng)新性的將流延法與對輥輥壓工藝相結(jié)合,制備多層梯度復合管,并從非對稱型復合板變形曲率的角度考慮,設計復合管。從管壁梯度成分分布、輥壓壓力和燒結(jié)工藝等方面分析了各個工藝參數(shù)對復合管制備的影響,觀察了復合板與復合管的宏觀形貌與微觀

2、組織,分析了管壁元素分布和顯微硬度分布,最后進行了熱震性能測試以及抗壓強度實驗。結(jié)果表明：ZrO2/SUS316L對稱型梯度復合板無明顯的彎曲變形現(xiàn)象,界面結(jié)合良好。但對于ZrO2/SUS316L非對稱型梯度復合板,當板材寬度大于2cm,并且在無壓燒結(jié)的情況下,就以一定曲率發(fā)生彎曲變形和開裂。而且曲率測量結(jié)果與方程計算結(jié)果基本相符。對管壁梯度成分分布進行優(yōu)化,可以減小梯度層間的內(nèi)應力；當輥壓壓力P<5MPa時,梯度

3、復合管素坯不能成型,層間疏松,當P≥15MPa時制備的梯度復合管管壁表面粗糙不平、有褶皺現(xiàn)象；由第三沖擊因子估算得到10vol.％、5vol.%、20vol.%梯度過渡的復合管燒結(jié)過程的平均降溫速率分別為0.75℃/min、0.8℃/min、0.8℃/min,減少了ZrO2/SUS316L復合管在降溫過程中產(chǎn)生裂紋的傾向。宏觀上復合管基本沒有發(fā)現(xiàn)開裂、變形和分層等缺陷,微觀分析表明,隨梯度過渡比例減小,梯度層界面處逐漸模糊,過渡良好。梯

4、度復合管管壁的孔洞缺陷基本產(chǎn)生于Zr02聚集處,通過混合粉預磨的方法可以減少管壁的孔洞缺陷。管壁的硬度變化基本呈線性分布,但隨梯度過渡比例的增大,硬度曲線變化越來越陡。梯度過渡比例越小,抗熱震性能就越好,而且通過熱震試驗后的破壞特點,發(fā)現(xiàn)相鄰層間過渡不能僅以成分比差值的大小作為依據(jù),同時還應以結(jié)構(gòu)和性能差異的大小為依據(jù),這一點在制備多層復合管進行各層成分選擇時尤為重要。經(jīng)過熱震試驗后,各層間過渡界面組織無明顯變化,層間結(jié)合良好,燒結(jié)體具