《基于场激发的FETIC三元系燃烧行为研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于场激发的FETIC三元系燃烧行为研究（153页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、四 川 大 学 博 士 学 位 论 文递较为困难，容易发生 “ 淬息” ，导致复合层的燃烧无法完成;复合层内 燃烧 反应的这种传递特征已经成为铁基表面复合材料工件制备的关键控制因素。 因 此，必须严格地控制复合层的工艺厚度和各工艺条件刁 能确保材料的成功制备。考虑到液态成形过程影响因素多， 过程控制困难等原因， 为了进一步深入 研究体系的燃烧行为 特征， 采用了G le e b le -1 5 0 0 D热模拟试验仪对F e - r - C系进行了热模拟研究。 基于G le e b le -1 5 0 0 D的热模拟实验， 试样的加热是通过电场作用完成的。通过借用热模拟试验仪本身对加热过程高度
2、控制的优势，来研究燃烧合成体系的组份条件和其它工艺条件对体系燃烧行为的影响。 研究结果表明:在电场作用下，F e - T i- C三元系的燃烧反应不仅能够被直接激发， 且体系发生燃烧反应的开始温度较低:甚至当预设的加热温度仅为4 3 0 时， 体系的燃烧反应也能够被激发， 并能够在电 场的持续作用下完成。 所以， 体系 发生燃烧反应的开始温度较低是体系在电 场作用下所表现出的最重要的燃烧行为特征，也是本研究的最为重要的研究成果之一。当体系发生燃烧反应时，将导致试样体系的收缩， 研究结果显示， 体系的燃烧反应与收缩有着非常密切的内在关系， 体系升温动力学曲线和收缩动力学曲线的结果说明， 体系燃烧
3、反应与体系的收缩几乎同步发生，且体系收缩的进程依赖于体系的燃烧反应进 程; 研究结果同时表明: 在电场作用下， 体系的燃烧行为受控于体系的组份条 件、预设加热温度和预设加热速度。当加热条件相同时， 随F e - T i- C三元系中F e含量的增加，体系发生燃烧反应的开始温度提高，燃烧模式有所转变，表现为燃烧对外部能量的依赖性增强， 燃烧的不稳定性增加; 当预设加热温度提高时， 体系燃烧反应发生的开始温度总的趋势表现为下降， 体现出加热温度为体系燃烧反应发生的必要条件的特征; 预设加热速度对体系燃烧行为的影响规律说明， 对于一定的体系存在一临界的加热速度， 只有当预设的加热速度大于 该临界值时
4、， 体系的燃烧反应刁 能被激发， 且随着预设加热速度的提高， 不仅 体系燃烧反应发生的开始温度降低， 而且燃烧对外部能量的依赖减弱， 燃烧稳 定性提高， 中间相易被消除: 更为重要的是， 通过提高预设加热速度， 本研究 实现了F e 含量为7 5 w t %体系的燃烧合成，这是本研究的又一重要研究成果。这一研究成果不仅说明外场强度对体系燃烧的重要影响， 而且表明可以通过提四 川 大 学 博 士 学 位 论 文高外场强度直接实现低热体系的燃烧合成，可拓宽材料合成的范围和领域。通过对实验结果的分析，根据对纯铁材料在电场作用下致密化过程的研 究， 并以固体物理理论为基础。 本研究探讨了电场对体系 燃
5、烧合成的作用机制，分析了体系在电 场作用下能量的获得方式， 认为: 电场将对体系反应物元素的 扩散提供附加的贡献， 电 场对扩散的附加贡献为低温下物质的 扩散提供了有利 的条件: 在电 场作用下， 体系能量的获得主要源于颗粒界面处所产生的焦耳热，也可能包括因电 场作用产生场致发射效应所提供的能量; 由于体系在低温下能 获得巨大的能量， 促使物质的扩散， 导致了 燃烧反应的发生。 而在热场条件下， 由 于金属液提供的能量有限，对体系反 应物元素进行加速扩散的贡献相对较 小， 所以， 在热场条件下表面复合层内 燃烧反应被激发和维持就变得较为困难。根据所提出的电 场对体系的作用机制以 及对体系能量获
6、得方式的分析， 能够较好地解释燃烧合成体系在电场作用下低温时温度的变化规律: 也可以较好解释组份条件和工艺条件对F e - T i- C系燃烧行为特征影响的规律，同时， 该假 说也为电 场对体系燃烧反应的作用机制提供了一种新的理论学说， 这有利于进一步深入地开展电场对体系燃烧反应过程的研究。采用热模拟方法对 F e - T i- C三元体系嫩烧行为进行较为系统和深入的研 究，是本研究的重要特点。 研究结果说明， 基于 G le e b le - 1 5 0 0 D热模拟试验仪所开展的对体系的热模拟实验方法， 是 研究体系燃烧合成过程和从事粉末冶 金研究的有效手段;同时， 实验结果表明， 采用电
7、 场可以实现对体系燃烧反应的直接激发，并最终完成对体系的合成制备。为了进一步证明电场对体系燃烧反应和合成制备的 作用， 本研究还进行了 F e - V - C系 和W- C - C 。 系 在电 场作用下燃烧合成的实 验研究，并 获得了 令人满 意的实验结果. 初步研究结果表明: 在电 场作用下， 不仅能够实现对两种体系燃烧合成， 而且体系燃烧反应的开始温度较低. 合成的周期短， 体现了使用合成材料， 尤其是低热体系合成的优势。 说明基于电场合成材料是一种有效可行的材料制备手段。关键词: 铸造烧结法; 表面复合材料; 燃烧合成， 燃烧行为; 电 场; 场致发射;作用机制四 川 大 学 博 士
8、学 位 论 文S t u d y o n t h e C o m b u s t io n B e h a v io u r o f F e - T i- C S y s t e m sB a s e d o n a F i e l d Ac t iv a t i o nM a j o r o f M a t e r i a l s F o r m i n g E n g i n e e r i n gP o s t g r a d u a t e : Y Y A N G S u p e r v i s o r : P r o f . K a iz h i S H E NAb s t r a
9、c tC a s t i n g s i n t e r in g is a n e w t e c h n iq u e b y w h ic h ir o n - b a s e d s u r f a c e c o m p o s it e s a r e p r o d u c e d . B a s e d o n t h e c h a r a c t e r is t ic s o f t h e t e c h n iq u e , c o m b u s t io n b e h a v io r s o f t h e c o m p o s it e la y e r
10、o f a n i r o n - b a s e d s u r f a c ec o m p o s it e r e i n f o r c e d b y T iC u n d e r t h e c o n d it io n s o f t h e l iq u id f o r m in g w e r e s t u d ie d i n t h e p a p e r . A n d c o m b u s t io n b e h a v io r s o f F e - T i- C s y s t e m s u n d e r at h e r ma l o r a
11、n e l e c t r i c f ie ld w e r e a l s o s t u d i e d . T h e t e c h n i q u e i s n e w a s am e t h o d t o p r o d u c e a s u r f a c e c o m p o s it e , s o t h e r e is s t il l la c k o f f u n d a m e n t a l s t u d y . A s t h e r e a s o n , t h e s t u d y is t h e w o r k w it h s i
12、g n if ic a n t v a l u e in p r a c t ic ea n d t h e o ry .I n t h e p a p e r , t h e c o m b u s t io n b e h a v io r o f a c o m p o s it e la y e r u n d e r t h e c o n d it io n s o f liq u id f o r m in g w a s s t u d ie d . B y u s in g s a m p le s w it h d iff e r e n ts h a p e s , e
13、ff e c t o f m e t a l l iq u id s a n d c o mp o s it io n o f a c o m p o s it e la y e r o n t h ec o m b u s t io n b e h a v io r w a s i n v e s t ig a t e d . T h e c h a r a c t e r is t ic s o f ig n it io n a n d c o m b u s t io n t r a n s m is s io n w e r e a n a ly z e d . T h e r e s
14、 u lt s s h o w t h a t u n d e r t h e t h e r m a l f ie ld , a c t iv a t io n o f a r e a c t io n i n s id e t h e c o m p o s it e la y e r d e p e n d s o nt h e p o u r in g t e m p e r a t u r e o f liq u id m e t a l a n d o n t h e r m a l s t r i k e in t e n s it y o f liq u id m e t a
15、l u p o n t h e c o m p o s it e la y e r . T h e r e a c t io n in t h e la y e r c a n b ea c t iv a t e d b y ir o n l iq u i d , a n d c a n n o t b e a c t iv a t e d b y a l u m in u m liq u id . T h e ig n it i o n p r o c e s s h a s t h e c h a r a c t e r is t ic o f t h e r m a l p la t e
16、 ig n it io n . T h e d e la y e d四 川 大 学 博 士 学 位 论 文t im e o f ig n it io n is c o n t r o lle d b y t h e c o m p o s it io n s o f t h e la y e r s a n d h e a t e x c h a n g e i n t h e p r o c e s s o f liq u id f o r m in g , e s p e c ia lly b y u n r e a c t in g c o m p o n e n t o f t h e s y s t e m . Wh e n t h e r e a c t io n h a p p e n s i n t h e la y e r , t h et e m p e r a t u r e o f liq u id m e t a l r is e s s u d d e n ly d u e t o t h e h e a t r e le a s e d b
