碳化钨陶瓷颗粒增强铁基复合材料的界面微结构研究

项目名称： 碳化钨陶瓷颗粒增强铁基复合材料的界面微结构研究

项目编号： No.50872109

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2009

项目学科： 金属学与金属工艺

项目作者： 高义民

作者单位： 西安交通大学

项目金额： 36万元

中文摘要： WCp/Fe基复合材料具有显著工程应用前景，近年来各种制备WCp/Fe基复合材料的工艺日趋成熟。然而"界面问题"却困扰着众多研究人员，尽管已有部分文献对复合材料介观界面物相组成及元素分布进行过研究，但有关WCp/Fe基复合材料介观界面的具体成形机理目前尚不明确，特别是关于其界面微结构研究至今仍处于起步阶段。本研究通过制备原位自生复合材料以及陶瓷颗粒增强铁基复合材料解决了长期以来制约界面微观分析的瓶颈问题，构型出准确的DFT界面原子结构模型。利用第一性原理揭示了WCp/Fe基复合材料界面原子尺度上Fe原子在WC表面的原子堆垛类型、电子结构、化学键特征、界面结合功以及界面自由能等科学问题，阐明WCp/Fe基复合材料介观界面过渡层形成的本征规律，并为复合材料的界面强度了提供理论解释。WCp/Fe基复合材料界面稳定构型包括C-HCP、W-HCP两种堆垛构型。驰豫优化后C-HCP、W-HCP界面结合功分别为9.7J/m2、5.1J/m2，HCP堆垛界面具有最强的界面结合强度。本项目通过理论与试验研究相结合，获取复合材料界面微结构的可靠信息，为复合材料的界面优化奠定坚实的理论与试验基础。

中文关键词： WCp/Fe基复合材料；界面微结构；第一性原理；界面结合功

英文摘要： Tungsten carbide particles reinforced iron composites has the significant engineering application prospects. Recently, the processes of the WCp/Fe composite have increasingly mature. But many researchers are puzzled by the "interface problem". Although the investigations of interfacial behaviors have been performed on the elements distributions and phase constitutes. However, much less information is available for the forming mechanism of the mesoscopic interface. Especially the information about the Fe/WC microcosmic interface is deficiency. This study solves the interface problem by preparing in-situ composite and ceramic particles reinforced iron matrix composite. The formation mechanism of the transition layer of WCp/Fe matrix composites mesoscopic interface is clarified, and the interfacial strength is explained. The stable crystal structures of WCp/Fe composite interface mainly include C-HCP and W-HCP. For two both interface termination structures with HCP stacking geometry, the work of adhesion of optimal Fe/WC interfaces are 9.7 J/m2 for C termination and 5.1 Jm?2 for W-termination, respectively, the HCP stacking yields the strongest interfacial adhesion. This project obtains the reliable information of interfacial microstructure through the combination of theoretical and experimental research, and establishes the solid theoretical and experimental foundation for the optimization of the composite interface.

英文关键词： WCp/Fe composite; Interfacial microstructure; First-principle calculation; Work of adhesion