机械工程学报

作者：邱博, 孙彪, 敖晓辉, 邢书明, 王东

单位：1. 西安工业大学机电工程学院 西安 710021;2. 北京理工大学机械与车辆学院 北京 100081;3. 北京交通大学机械与电子控制工程学院 北京 100044

关键词：液态模锻,氧化锆增韧氧化铝/高铬铸铁,液锻压力,界面结合强度；

基金：国家自然科学基金(52305417),陕西省自然科学基础研究计划(2023-JC-QN-0481),陕西省教育厅科学研究计划(23JK0489),西安市碑林区科技计划(GX2316),西安市科技计划(24GXFW0028),陕西省科协青年人才托举计划(20240414)资助项目。

针对非润湿型复合体系氧化锆增韧氧化铝（ZrO2 toughened Al2O3,ZTA）陶瓷增强高铬铸铁（High chromium cast iron,HCCI）材料界面相容性差、材料性能提升不足的问题，采用液态模锻技术在压力作用下实现ZTA与HCCI的良好结合。研究液锻压力（0 MPa、40 MPa、70 MPa和100 MPa）对界面结合状态、界面结合率以及界面结合强度的影响，探讨ZTA/HCCI界面的形成过程与结合机制。结果表明：对于确定的陶瓷表面形貌（Sa=2.046μm），随着制备压力由40 MPa提高到100 MPa，陶瓷与金属的结合率由37.71%提高到98.89%，啮合强度由16.73 MPa增加到24.91 MPa，增幅为48.9%。此外，当制备压力由40 MPa提高到70 MPa以及由70 MPa提高到100 MPa时，啮合强度的增幅在变缓（由30.1%降至14.5%）。说明虽然压力的增加可以提高界面强度，但当制备压力增大到一定值后，陶瓷与金属几乎实现完全结合，结合强度将基本不再变化。界面结合强度的提高可归因于陶瓷与金属结合面空隙在压力作用下由大变小的过程，即结合率的提高。ZTA/HCCI界面在压力作用下经历接触阶段、初步结合阶段、强化结合阶段以及几乎完全结合阶段，从而实现微观尺度上的机械啮合，获得高结合强度。为解决非润湿型陶瓷/金属复合材料的界面结合问题提供新的思路与方法，丰富此类复合材料的界面控制理论，为金属基复合材料的工业化应用奠定理论基础。

来源：2026年第2期

《机械工程学报》期刊编辑部

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