金属粉末注射成型制备TiC增强316L不锈钢及其性能研究

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本课题通过聚乙二醇4000(PEG4000)与环氧树脂E51合成金属表面改性剂PEG-EP树脂(PEG-EP),利用环氧值、红外光谱(FT-IR)来探究合成PEG-EP树脂的最佳反应条件,利用差示扫描量热仪(DSC)、万能试验机及旋转流变仪等测试方法分析PEG-EP对聚甲醛(POM)结晶性能、力学性能与粘度的影响。通过合成得到的金属表面改性剂PEG-EP表面处理316L不锈钢粉末(316L),运用红外分析、接触角测量仪、平板流变仪、力学性能、扫描电镜分析(SEM)、金相显微镜、X射线衍射(XRD)、残碳量表征、硬度等测试方法探究PEG-EP对金属粉末注射成型制备316L不锈钢粉末注射成型专用料(喂料)及烧结试样性能的影响。在PEG-EP表面改性316L不锈钢粉末的基础上,在316L粉末中添加不同粒径与含量的碳化钛(TiC)粉末,运用SEM、XRD、金相显微镜、硬度、密度、力学性能、摩擦磨损等测试方法来研究其对金属粉末注射成型制备TiC增强316L不锈钢材料性能的影响。主要研究内容及结果如下:1.使用PEG4000与E51成功合成了PEG-EP,合成PEG-EP的最佳条件是反应温度为130 oC,催化剂KPS含量为0.75%,反应时间为3 h。对PEG-EP/POM共混物的非等温结晶动力学的研究表明,PEG-EP与POM分子链段交缠结合在一起,在POM结晶时,PEG-EP会阻碍POM分子链重新排列堆砌整齐进行结晶,从而抑制POM的结晶。在PEG-EP的含量为40%时,POM的断裂伸长率与冲击强度分别提高了28.25%、3.7 KJ/m2,POM的韧性提高,同时POM的流动性能也得到提升。2.PEG-EP成功包覆在316L粉末表面,并且改善了316L不锈钢粉末与聚甲醛的界面相容性,提高了喂料的流动性能、生坯力学性能和烧结样品的力学性能和硬度。同时烧结过程中PEG-EP未完全分解,产生了残碳,在烧结时残碳成为外来晶核,抑制枝晶的生长,使晶粒细化。当PEG-EP添加量为0.662%,粉末装载量为63 vol%时,316L注射生坯的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度分别为10.57 MPa、8.38%、21.24 N?(mm2)-1,烧结样品晶粒尺寸为50.8μm,最大抗拉强度和维氏硬度为689 MPa、151 HV,综合性能最佳。3.TiC成功引入316L不锈钢基体中,添加TiC可以细化316L不锈钢组织晶粒,在添加3%的1μm的TiC之后,TiC/316L粉末注射成型烧结试样组织晶粒尺寸大小由原始经过PEG-EP表面改性的316L的50.8μm下降至23.6μm;密度和硬度也分别由7.57 g/cm3提升到7.84 g/cm3、151 HV提升到301 HV;应力由689 MPa提高到792MPa,屈服强度由221 MPa提高到339 MPa;摩擦因数和磨损截面积由0.853下降到0.761、22054.90μm2下降到9428.38μm2,TiC/316L粉末注射成型烧结试样的综合性能提到了提升。同时粒径为0.1μm的TiC由于会团聚与316L基体界面结合变弱,产生缝隙和缺陷,导致相同含量下的综合性能要低于粒径为1μm的TiC。
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