【正文】 闊的應(yīng)用前景。在諸多的顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中，鋁基復(fù)合材料由于具有密度小、熔化溫度低、高導(dǎo)熱性且成本低等特性，己經(jīng)得到世界范圍內(nèi)的廣泛研究并日趨工業(yè)化。因此，促進(jìn)人們開(kāi)發(fā)、研究新的材料，如各種復(fù)合材料，其中金屬基復(fù)合材料因?yàn)榫哂袃?yōu)良的性能而備受人們的重視。 將試樣切割成塊，在摩擦磨損機(jī)上分別設(shè)置20N，30N，40N，50N和轉(zhuǎn)速為80r/min, 100r/min, 110r/min, 120r/min摩擦600s后稱(chēng)量其磨損量。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 本科畢業(yè)論文題 目：Al2O3/7075基復(fù)合材料的摩擦磨損性能研究摘 要顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料因其特有的比重輕、比強(qiáng)度與比模量高、耐磨及耐高溫等優(yōu)良性能，在航空航天、電子和汽車(chē)制造等行業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。研究表明加入8% A1203后硬度和磨損性能大大提高，表面磨痕變淺。特別是航空航天工業(yè)、宇宙空間和海洋開(kāi)發(fā)事業(yè)的發(fā)展，要求新型的結(jié)構(gòu)材料具有高比強(qiáng)度、高比模量和耐高溫性能，不斷開(kāi)發(fā)研究增強(qiáng)相（纖維、晶須、顆粒）與樹(shù)脂、金屬、陶瓷、碳基體復(fù)合而成的宏觀復(fù)合材料。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料是以純鋁或鋁合金為基體，復(fù)合添加一定的顆粒增強(qiáng)相而成的。長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)MMCs制備工藝的研究一直側(cè)重于傳統(tǒng)的外加增強(qiáng)體與基體復(fù)合的方法，如粉末冶金法、共噴沉積法、中間合金法、液態(tài)金屬浸滲法、擠壓鑄造法等等。直到80年代中后期，才正式在世界范圍內(nèi)拉開(kāi)了原位復(fù)合研究工作的序幕。該方法合成的第二相顆粒尺寸小，界面清潔，與基體相容性好，且彌散分布，從而達(dá)到強(qiáng)化金屬基體的目的。盡管制備過(guò)程可以相當(dāng)靈活和多種多樣，但是最終的尺寸和形狀由系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)決定，而并不取決于外部條件。還有微波引燃法、激光引燃法、化學(xué)爐法等引燃方法。但是它的缺點(diǎn)也很明顯：主要在于所制備的材料多為疏松開(kāi)裂狀態(tài)，制備的控制困難（增強(qiáng)體的尺寸和形狀），目前SHS的致密化研究是該領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題，以期獲得全致密高性能的結(jié)構(gòu)材料。該工藝可以生成顆粒與晶須共同增強(qiáng)或單獨(dú)增強(qiáng)的金屬基和金屬間化合物基復(fù)合材料。XDTM法的缺點(diǎn)較少，基本上與工藝過(guò)程的熱力學(xué)限制所導(dǎo)致的成分和增強(qiáng)體限制等有關(guān)，在高溫制備過(guò)程中容易出現(xiàn)顆粒的粗化。3反應(yīng)噴射沉積(RSD)RSD法是最近發(fā)展起來(lái)的新型復(fù)合工藝，典型的方法有：反應(yīng)霧化沉積(RAD)和反應(yīng)低壓等離子噴射沉積(RLPPS)。反應(yīng)低壓等離子噴射沉積工藝是將噴射室抽真空后通入等離子氣體（如Ar、He、H等），使氣壓升至數(shù)千帕，并利用等離子弧發(fā)生器使室內(nèi)氣體加熱和電離，在這種高能等離子的轟擊碰撞下，反應(yīng)氣體和噴射的金屬液滴吸收能量而相互發(fā)生反應(yīng)，生成相應(yīng)的陶瓷顆粒，再與剩余的金屬液滴一起沉積后即得到這種陶瓷顆粒增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。其缺點(diǎn)是工藝過(guò)程在極短時(shí)間內(nèi)完成，生成增強(qiáng)相數(shù)量較難控制。結(jié)果[22]表明，在1273K時(shí)CuO/Al體系反應(yīng)狀況良好，生成A12O3顆粒，但顆粒分布不是很均勻；ZnO/Al、SiO2/Al體系在無(wú)其它添加物的情況下不容易發(fā)生反應(yīng)，但當(dāng)加入少量Mg時(shí)，即可發(fā)生反應(yīng)，有MgA12O4生成；而Cr2O3/Al體系無(wú)論是否加入添加物均不發(fā)生反應(yīng)。生成的A12O3顆粒細(xì)小且分布均勻，但是隨著A12O3顆粒量的增加，反應(yīng)產(chǎn)物銅以網(wǎng)狀CuAl3化合物形式割裂基體，惡化了材料的性能。南京航空航天大學(xué)的朱正吼、葛振寅[25]等采用SiO2/Al體系，將粒徑10～15μm的SiO2粉末與Al粉混合均勻，在模具中輕微冷壓成初坯，利用XDTM工藝，在600℃保溫6h的條件下，成功地制備了A12O3/Al復(fù)合材料：反應(yīng)生成的Si富集在A12O3粒子周?chē)幕w中，以細(xì)小球形的結(jié)晶體形式析出；A12O3粒子與基體的界面結(jié)合良好，界面形式可能是純物理結(jié)合或共晶界面。鋁基復(fù)合材料在制造飛機(jī)液壓管、直升機(jī)支架和閥體、衛(wèi)星反動(dòng)輪等取得了較好的應(yīng)用效果。其他方面，如用于制造假肢、機(jī)械泵工作室、大型耐磨環(huán)等。原位反應(yīng)法制備復(fù)合材料由于增強(qiáng)相是反應(yīng)合成的，內(nèi)生于基體之中，因而具有許多外加強(qiáng)化相增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料所不具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：1．增強(qiáng)體在鋁基體內(nèi)原位形核、長(zhǎng)大，表面無(wú)污染，與基體間有良好的相容性，界面結(jié)合良好。5．能與鑄造工藝相結(jié)合，直接制備形狀復(fù)雜、尺寸變化大的近終形產(chǎn)品。增強(qiáng)相的均勻分布是困擾原位鋁基復(fù)合材料研究者的主要問(wèn)題，雖然已有不少均質(zhì)化方法和大量的過(guò)程控制參數(shù)，但尚缺少有說(shuō)服力的解決方案。在反應(yīng)生成所需要的增強(qiáng)相的同時(shí)，有時(shí)在基體中也產(chǎn)生一些有害化合物，如Ti3Al，A14C3，F(xiàn)e3C等，它們常以針狀或條片狀，往往割裂基體，使材料性能下降；而偏析于晶粒邊界的有害化合物則嚴(yán)重影響材料的耐蝕性和抗疲勞性。響材料耐磨性的因素有很多，既有外部因素，也有內(nèi)部因素。除MgO、BN外，其余增強(qiáng)體都較明顯地提高了復(fù)合材料的耐磨性，將這些增強(qiáng)體提高復(fù)合材料耐磨性的效果進(jìn)行比較，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的區(qū)別，而含有MgO、BN的復(fù)合材料的耐磨性比基體材料的耐磨性反而要差得多。許多研究[28]表明，復(fù)合材料從微量磨損向嚴(yán)重磨損的轉(zhuǎn)變存在一個(gè)臨界轉(zhuǎn)變溫度。摩擦副表面溫度的測(cè)量方法常用的是熱電偶和遠(yuǎn)紅外輻射測(cè)溫，但是對(duì)于一些在封閉系統(tǒng)中工作或不斷運(yùn)動(dòng)的部件，其摩擦表面溫度無(wú)法用常規(guī)方法確定，漸漸地又研究出一些特殊的測(cè)量方法。朱和祥[30]等人研究了不同載荷對(duì)SiCp/Al復(fù)合材料摩擦性能的影響。一般用磨損率來(lái)描述材料的耐磨性能，而磨損率是磨損量的倒數(shù)，通常試驗(yàn)中磨損量用試樣的體積磨損量表示。采用單擺劃痕法研究了SiC顆粒增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的磨損性能，結(jié)論是SiC顆粒增強(qiáng)2024Al復(fù)合材料的抗沖擊磨粒磨損性能比基體合金好，而且是隨著顆粒含量的增加而提高，顆粒尺寸越小，復(fù)合材料的抗沖擊磨粒磨損性能越好。制動(dòng)器是機(jī)械設(shè)備中不可缺少的部件之一，如飛機(jī)著陸，火車(chē)、汽車(chē)行駛中的減速、停速,起重設(shè)備的升降、位置的控制等都需要在傳動(dòng)系統(tǒng)中裝設(shè)制動(dòng)器。另外，SiCp/Al復(fù)合材料還適合制作汽車(chē)驅(qū)動(dòng)軸、連桿、搖臂等汽車(chē)零件。采用較多的Ti+C或Ti+B反應(yīng)體系由于Ti和B昂貴的價(jià)格使研究人員轉(zhuǎn)而尋求廉價(jià)的原料：利用廉價(jià)的金屬氧化物被鋁還原發(fā)生的鋁熱反應(yīng)來(lái)獲得增強(qiáng)顆粒，制備A1203顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料成為了目前的研究熱點(diǎn)，人們所采用的氧化物包括CuO、Si0TiOZnO、Fe2ONi2O3等。通過(guò)測(cè)試硬度和摩擦磨損試驗(yàn)來(lái)表明加入的Al2O3顆粒起到了增強(qiáng)體的作用。成分為硅、鐵、銅、錳、鎂、鉻、鎳、鋅、鈦、其它、鋁，其含量如下表：表21 7075鋁合金的成分元素硅鐵銅錳鎂鉻含量元素鎳鋅鈦其它鋁含量（5）余數(shù) 增強(qiáng)體材料為Al2O3，其為Al與 CuO按其摩爾比為1比1混合均勻壓制成塊，用鋁箔包緊然后投入900℃鋁液中經(jīng)攪拌反應(yīng)得到。試驗(yàn)中所用設(shè)備為：MRS10A型摩擦磨損機(jī)，XJD1金相顯微鏡。用鋼鋸把盤(pán)型7075鋁合金鋸成小塊后分別稱(chēng)量，按照總量的8%配比Al2O3的Al粉和CuO粉末，將粉末混合均勻壓制成塊，用鋁箔包緊密。等待加入完畢后，用石墨棒攪拌使反應(yīng)發(fā)生完全。在MRS10A摩擦磨損機(jī)上分別設(shè)置20N，30N，40N，50N和轉(zhuǎn)速為80r/min, 100r/min, 110r/min, 120r/min摩擦600s后稱(chēng)量其磨損量。時(shí)間設(shè)為600s，壓力設(shè)為20N，轉(zhuǎn)速為80r/ min。制備金相試樣，在金相顯微鏡下觀察復(fù)合材料的顯微組織。4 清洗:用脫脂棉沾酒精輕擦，然后吹干試樣表面的酒精。在MRS10A型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行復(fù)合材料的耐磨性試驗(yàn)。從其中的金相組織圖可以看出，8%Al2O3/7075鋁基復(fù)合材料中有著與基體合金相似的結(jié)晶組織，對(duì)合金的金相組織沒(méi)有太大的影響，顆粒也沒(méi)有被推擠到結(jié)晶的界面上去?；w材料，圖(a)、(b)都為摩擦表面都呈現(xiàn)劃痕和犁溝痕跡，這主要是由磨粒磨損引起的。隨著復(fù)合材料強(qiáng)度和表面硬度的逐漸增加，(a)、(b)的劃痕和犁溝由寬逐漸變細(xì)，相應(yīng)的隨著劃痕變細(xì)，說(shuō)明摩擦表面受磨粒磨損的程度降低，磨損量減少，這與前一章的試驗(yàn)結(jié)果是一致的。 耐磨性的分析研究%Al2O3/7075摩擦磨損性能的對(duì)比隨著基體中Al2O3含量的增加，材料的磨損量如表 所示： 不同成分材料的摩擦磨損量含量（Al2O3）7075鋁合金8%Al2O3/7075磨損量%Al2O3/7075鋁基復(fù)合材料磨損量對(duì)比。氧化鋁顆粒增強(qiáng)鋁基或鋁硅合金基復(fù)合材料是在軟的鋁或鋁合金基體上分布著硬質(zhì)的氧化鋁顆粒?；瑒?dòng)速度的法向載荷是影響摩擦行為的重要外在因素?？疾旎瑒?dòng)速度和載荷對(duì)摩擦系數(shù)的影響，要考慮具體的摩