● 摘要
目前，陶瓷颗粒增强金属基复合材料因其各方面优异的性能倍受关注。在各种陶瓷颗粒中，TiC和TiB2是最合适的铁基复合材料增强相，与其他陶瓷相比，它们具有高硬度、低密度、高熔点、高模量、高耐蚀性及在高温铁基熔体中润湿性好和稳定性好等特点。本文通过设计铝热剂成分，利用铝热法制备出了TiC/TiB2-FeNiCr复合材料。
采用X射线衍射仪（XRD）、电子探针（EPMA）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和透射电子显微镜（TEM）等分析测试手段，观察分析TiC/TiB2-FeNiCr复合材料的组织形貌和显微结构。采用显微硬度仪(HXZ-1000)测试复合材料的显微硬度，采用摩擦磨损试验机（HT-600）测试复合材料的耐磨性，并采用SANS5105材料综合实验机测试合成材料的力学性能。探讨了Ti元素和C元素的含量对复合材料的微观结构及机械性能的影响。同时对该复合材料经800℃氧化处理100小时后的组织结构进行了分析。
显微结构分析表明，合成的复合材料主要由TiC颗粒、TiC和TiB2复相陶瓷颗粒、针状Cr7C3、NiAl和α-FeNiCr合金基体组成。复合材料的显微硬度为948.62HV。复合材料施加载荷20N，磨损1h后的失重为4.8mg；而45#钢在相同的条件下的失重为13mg，是复合材料的近3倍。
当铝热剂中钛含量从7.0wt.%增加至8.0wt.%过程中，TiB2颗粒逐渐变为规则四边形，且边界清晰。TiB2陶瓷颗粒尺寸从8μm增加到15μm，分布密度提高，与此同时，TiC颗粒逐渐生长为十字形状且含量增加。硬度和压缩强度在8.0wt.%时达到最大值1313.25HV和2752.16MPa。然而当Ti含量继续增加为8.5wt.%时，TiC/TiB2-FeNiCr复合材料中产生了裂纹、杂质和孔洞等缺陷。当铝热剂中碳含量从0.2wt.%增加至0.6wt.%时，复合材料中针状Cr7C3相分布密度明显增加，没有TiB2颗粒，且随着C元素含量的增加，复合材料中不规则多边形颗粒状TiC含量增加，硬度和耐磨性也有所提高，但仍低于TiC/TiB2复相颗粒增强复合材料。
TiC/TiB2-FeNiCr复合材料具有良好的抗氧化性能，在800℃下氧化100小时后增重小于1mg/cm2；该复合材料主要氧化机制为Al最先氧化，而后是Cr，对应产物Al2O3和Cr2O3在表面形成一层保护膜，可以阻止复合材料的进一步氧化。