新型耐磨金属基复合材料研制成功

    从吉林省科技厅了解到，一种能够有效提高金属材料耐磨性的新型金属基复合材料日前研制成功。这项由吉林大学科技人员完成的“新型钢基内生颗粒复合材料的热力学和动力学”科研项目已经通过鉴定，专家认为，所制备出的局部高颗粒体积分数TiCP增强钢基复合材料，实现了“好钢用在刀刃上”的优化设计。
    目前，材料的磨损每年消耗大量的钢铁，我国仅衬板、腭板、板锤、锤头、磨球等每年约消耗160万吨，折合人民币近90亿元；美国每年为150亿美元，可见磨损对国民经济的影响。同时，现代工业迫切需要能在高速、高温和剧烈磨损情况下工作的结构件，因而开发新型耐磨材料成为工业生产亟待解决的问题之一。金属基复合材料的出现，为提高金属材料耐磨性提供了一种解决办法。但目前传统的颗粒增强金属基复合材料一般均采用外加颗粒机械搅拌法进行整体颗粒增强，然而这种方法存在着一些缺点：增强颗粒与基体的润湿性、相容性较差；增强颗粒尺寸大，对基体有割裂作用。而用另一种方法－－原位反应法开发出的内生颗粒增强金属基复合材料，虽然克服了外加颗粒增强金属基复合材料的一些缺点，但存在着韧性差、金属液流动性差、成本高等缺点。
    吉林大学科技人员在开展“新型钢基内生颗粒复合材料的热力学和动力学”应用基础项目的研究中，利用自行编制的程序，计算出不同元素含量及温度下相关反应的自由焓变化；研究了合金体系中各项参数对反应动力学的影响规律；采用铸型内置AL-Ti-C体系自蔓延反应预制块，制备出局部高颗粒体积分数TiCP增强钢基复合材料。这种采用了新型局部颗粒增强钢基复合材料的新方法，利用钢液的高温在型内局部实现自蔓延高漫合成反应，在局部形成颗粒增强钢基复合材料，其余部位强韧性高的铸钢基体。其所制备的材料不仅实现了“好钢用在刀刃上”的优化设计，且与基体结合良好，工艺简单，成本低。
    另据介绍，该项目组用制备出的局部TiCP颗粒增强钢基复合材料制作的挖掘机铲齿，已在挖掘机上进行装机运行实验。结果表明，新铲齿的耐磨性是普通铲齿的2.98倍，提高了挖掘机的工作效率和总的生产成本。在我国目前每年消耗耐磨件百余吨的情况下，采用这种新材料代替传统的耐磨钢，将带来巨大的经济效益。