Al-ZrO-,2-、Al-ZrO-,2--C系鋁基復(fù)合材料的制備、反應(yīng)機(jī)理及性能.pdf

1、摘要摘要運(yùn)用放熱彌散法反應(yīng)合成AI.ZrOZ和AI.ZrOZ.C系鋁基復(fù)合材料，探索其制備工藝，分析反應(yīng)過程的熱力學(xué)，并結(jié)合DSC建立反應(yīng)過程的動力學(xué)模型。采用金相顯微鏡、SEM和XRD等現(xiàn)代手段對反應(yīng)產(chǎn)物及其微觀組織進(jìn)行了分析，測試了材料的常溫力學(xué)性能和干滑動摩擦磨損性能，并對其強(qiáng)化機(jī)理和磨損機(jī)理分別進(jìn)行了探討。研究發(fā)現(xiàn)反應(yīng)過程中液態(tài)AI首先與ZrOZ顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成熱力學(xué)穩(wěn)定的a.A12偽和活性Zr原子，由于aA12偽與液態(tài)用

2、的不潤濕性，偏聚于反應(yīng)界面，而活性錯(cuò)原子則在高溫和濃度梯度的作用下穿過反應(yīng)界面進(jìn)入基體AI液中形成A13zr或與C反應(yīng)生成ZrC，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，生成的川3Zr逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)穩(wěn)定的ZrC。力學(xué)性能研究發(fā)現(xiàn)，隨著增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度顯著提高，但延伸率呈下降趨勢。增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)為30%的復(fù)合材料，當(dāng)OZrOZ摩爾比為0時(shí)，增強(qiáng)體由a一川2偽和AI刃組成，抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為Z15N[Pa和3%，此時(shí)斷口表現(xiàn)為棒狀物的

3、斷裂以及部分細(xì)小韌窩:隨著CZ嘆乃摩爾比的提高，棒狀物AI杯r逐漸減少，當(dāng)CZZr()2摩爾比為1時(shí)，川止r基本消失，增強(qiáng)體由a.A1203和zrC組成，抗拉強(qiáng)度和延伸率分別上升至245MPa和8%，此時(shí)斷口表現(xiàn)為細(xì)小的等軸韌窩。該復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)理主要有彌散強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化。千滑動摩擦磨損試驗(yàn)表明，增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)為30%的復(fù)合材料，在滑動路程為30()Il1，滑動速度為0.5n以5的條件下，復(fù)合材料的磨損率隨外加載荷

4、的增大而增加，且隨著CZrOZ摩爾比的增加，這種趨勢變的比較緩慢。在外加載荷為40N，滑動路程為30腸舊的條件下，材料的磨損率則隨滑動速度的增加而降低。磨損表面及亞表面的SEM及金相觀察發(fā)現(xiàn)，未加C粉時(shí)，A13Zr含量多、脆性大，易在剪切力和法向應(yīng)力的作用下斷裂形成磨粒，同時(shí)由于亞表層的塑性變形導(dǎo)致在AI必和基體的界面產(chǎn)生位錯(cuò)塞積，引起應(yīng)力集中，使脆性相A13zr斷裂形成裂紋核，并在水平方向擴(kuò)展，逐漸形成與基體分離的薄層，在正應(yīng)力的作用

5、下剝落，對磨后形成大量的磨屑，此時(shí)復(fù)合材料的磨損以磨粒磨損為主，粘著磨損和氧化磨損為輔。隨著CZrOZ摩爾比的增加，脆性相A13Zr逐漸減少，復(fù)合材料的強(qiáng)度和硬度提高，抗剝落的能力加強(qiáng)，脫落的磨粒也相對減少，此時(shí)，復(fù)合材料的磨損以粘著磨損為主，磨粒磨損和氧化磨損為輔。關(guān)鍵詞:鋁基復(fù)合材料放熱彌散差示掃描熱分析力學(xué)性能摩擦磨損人b滋舊口~一一一一~，~衍ththemcreas噸oftheslidingve】ocity.TheobServa

6、tionofwearsuIfaceaDdsubsurfaCebySEMdiscoveredth成認(rèn)七即basnotaddedtheCpowder，thesaJ力PlebasmanyA13Zrparti闊5，協(xié)七。se儷tlenesbecomebig.徹ptUredtofonnthe汕rasiveeasilrwiththe五田ctionofthesheaZ初gforCeand，比es.5汕ul掃叮eously，thePI翻蛇Icdefon

7、natinnofsubsurfacelayer】.川曰to少educedislo。時(shí)ionintheinte日兔ceofA13Zrandma創(chuàng)風(fēng)帥us噸slesconCeninnes，叨dthebri川e月3Zrbreakedtoformthe分kcore，expandedinthebo比陽D園direCti嘰腳duallyformedthcthinlayerwhichseP叮ated誡ththe剛dx，nak記。任朋derthestr

8、es丘山ctl嘰明dthenfonnedm朋ygr訪dcn刀nbsa腸errubbing.八刀dnowthe的曉匕ive『an‘w.獷would加山ethemleinthe、v。理叻dtheotherssuchasoxldadionandadbesion份和加川山以比dtoit.V萬tbtheinc~gofC左全02m01arratio，thebritleA13Zrred匹ed朗汕川ly，也eint?！眎tyandbardnessofc

9、ompositeswere皿proved，andtheantl一flakingabilityer血an以刃，此目萬留Ivegral刀scon”Dgof日50份ducedrelatlvely，andnowthea曲esionw‘趁協(xié)心uld加山etheroleinthewearandthe。山饑weresu加rdin成edtoitKeywords:alulinummatr議comPOsi枉污以以hernicdispersiondifi湘n