納米-亞微米增強(qiáng)SiCp鋁基復(fù)合材料摩擦學(xué)性能比較及其分形研究.pdf

1、鋁作為一種常用的金屬材料,在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用,但由于其質(zhì)地較軟,在某些場(chǎng)合達(dá)不到使用要求,而采用鋁基復(fù)合材料則能彌補(bǔ)其缺陷,因而,近年來(lái),鋁基復(fù)合材料成為各國(guó)研究的焦點(diǎn)。增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料是由鋁合金基體和高性能增強(qiáng)體復(fù)合而成的一種高技術(shù)新材料,具有密度小,比剛度高,比強(qiáng)度高,熱穩(wěn)定性好,膨脹系數(shù)低,抗磨性能好,耐腐蝕性強(qiáng),易于加工成型,利于回收等諸多優(yōu)點(diǎn),成為汽車工業(yè)及航空航天領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注研究的材料之一。
　　 而鋁基復(fù)合

2、材料在摩擦磨損領(lǐng)域的表現(xiàn),也是決定其應(yīng)用領(lǐng)域和范圍的重要方面。摩擦磨損不僅會(huì)造成大量的能量消耗,同時(shí)也是導(dǎo)致零部件失效的主要原因之一。如果材料不能具備較好的耐磨性能,則在某些周期性磨損運(yùn)動(dòng)中更易于變形失效,從而限制了其作用范圍。
　　 本文對(duì)SiCp/Al復(fù)合材料的摩擦學(xué)特性及其分形進(jìn)行重點(diǎn)研究。采用粉末冶金法制備SiCp/Al復(fù)合材料。對(duì)研磨到滿足要求目數(shù)的鋁基粉末和SiCp陶瓷粉末,采用冷壓燒結(jié)+熱擠壓的制造工藝。在將金屬和

3、陶瓷顆粒混合均勻后,先采用300MPa壓力,保壓5分鐘的冷壓壓制工藝,以使材料初步成型,然后采用在913K溫度下保溫4小時(shí)的燒結(jié)工藝,使其成為具有較高強(qiáng)度和幾何形狀的初步成品,再采用在735K下按擠壓比10:1.的熱擠壓工藝以進(jìn)一步提高其性能。制備出Al-1.5SiCp(130nm),Al-5SiCp(130nm),Al-1.5SiCp(14μm),Al-5SiCp(14μm)四種增強(qiáng)基含量和顆粒度各不相同的金屬陶瓷復(fù)合材料,同時(shí)以純鋁

4、作為對(duì)比材料進(jìn)行試驗(yàn)。
　　 由于材料的硬度,特別是表面硬度是抵抗磨損的很重要的因素,因此對(duì)五種材料進(jìn)行硬度測(cè)試以考察其硬度值,也從一個(gè)側(cè)面反映了其抗磨損能力.經(jīng)過(guò)硬度試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),SiCp材料的含量和顆粒直徑對(duì)復(fù)合材料的硬度改變明顯,顆粒直徑在微米級(jí)別且含量較高的Al-5SiCp(14μm)復(fù)合材料的硬度值最高,強(qiáng)化作用明顯。
　　 在隨后進(jìn)行的磨損實(shí)驗(yàn),更直觀的反映了材料在摩擦中的磨損量的大小。測(cè)試時(shí)間分別為4h,12h

5、,24h,下試樣對(duì)偶件采用40Cr調(diào)質(zhì)鋼制成,尺寸為帶Φ16mm內(nèi)孔的40 mmx10nm圓環(huán),其熱處理后的硬度為295HV,轉(zhuǎn)速為400 r/min,采用20＃機(jī)械油潤(rùn)滑,滴油速度為40～48滴/min,實(shí)驗(yàn)載荷為150N,磨損后的試樣用丙酮溶液清洗后,用MA110型電子分析天平稱重,重量差與實(shí)際密度相除得到磨損體積損失,為便于比較,以磨損體積損失評(píng)價(jià)耐磨性能。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),陶瓷增強(qiáng)基顆粒直徑在微米級(jí)別的復(fù)合材料其磨損量更小,特別是A

6、l-5SiCp(14μm)復(fù)合材料由于其結(jié)構(gòu)更致密,金屬基和增強(qiáng)基結(jié)合更好,既減小了材料粒子之間的間隙和氣孔,又起到了硬度強(qiáng)化的作用,同時(shí),在磨損過(guò)程中,硬度較高磨損較慢的陶瓷顆粒會(huì)在復(fù)合材料表面形成顆粒凸起物,承受了壓力和磨損,減少了基體鋁與下試件的接觸,既防止了質(zhì)地較軟的基體鋁的較快磨損又阻止了金屬鋁與下試件鐵材料的粘著現(xiàn)象,抑制了粘著磨損的發(fā)生,從而起到了較好的增強(qiáng)效果。
　　 本文還采用了非接觸光學(xué)輪廓儀,觀察分析試樣磨