【正文】 α=；B—上試樣磨痕寬度（cm）；R—下試樣(對(duì)磨環(huán))的外半徑（cm）；T—摩擦力矩（）；L—負(fù)荷（N）。根據(jù)庫侖摩擦定律，材料的摩擦系數(shù)與載荷的大小無關(guān)。2試樣(復(fù)合材料)同樣也變的不穩(wěn)定，但是曲線變化沒有像合金那樣的不平穩(wěn)，Al2O3顆粒的加入明顯的提高了臨界載荷。這主要是由于：隨著載荷的增加，合金中鋁錳間化合物承受載荷也加大，周圍應(yīng)力更加集中，同時(shí)摩擦閃熱軟化了鋁基材料，硬質(zhì)鋁錳間化合物容易被剝落，同時(shí)其亞表面也容易剝離，并形成剝層磨損。（2）硬質(zhì)鋁錳間化合物和Al2O3顆粒起到了承受載荷作用，避免了基體與對(duì)磨偶件的接觸摩擦，保護(hù)了基體。Mg型，[55]，具體的離子成分如表1。 干濕環(huán)境對(duì)材料磨損率的影響及研究根據(jù)三種材料干磨和濕磨蝕的質(zhì)量磨損率相對(duì)比制成圖：(a)純鋁 （b）合金(c)復(fù)合材料圖53 在干磨和濕磨蝕下，三種材料的質(zhì)量磨損率隨著載荷的變化曲線不管是干磨還是濕磨蝕，三種材料的質(zhì)量磨損率都是隨著載荷的增加而增加，從圖5（a）中可以看出：純鋁濕磨磨蝕的質(zhì)量磨損率在各載荷下都大于干磨的質(zhì)量磨損率：在載荷50N下，A00試樣（純鋁）(g/m)、(g/m)，二者間相差的也不是很大，隨載荷增加到140N時(shí)，A00試樣（純鋁）(g/m)、(g/m)，濕磨下的質(zhì)量磨損率直接是干磨下的兩倍。在干磨時(shí)，由于摩擦使得溫度升高亞表面軟化，磨屑被擊碎，基體磨屑會(huì)對(duì)相對(duì)較軟的表面產(chǎn)生犁削作用，導(dǎo)致磨粒磨損?？偟膩碚f，三種試樣由于實(shí)驗(yàn)條件的變化情況下，磨損程度和磨損機(jī)制也發(fā)生了變化。（4）帶顆粒磨蝕液下摩擦，純鋁在各載荷下的磨損機(jī)制有粘著磨損（主要由于摩擦閃熱產(chǎn)生）和顆粒磨損機(jī)制（主要由于磨蝕液中含有摩擦顆粒），隨著載荷的增加粘著磨損和顆粒磨損加劇；%Mn合金和Al2O3顆粒增強(qiáng)、%Mn復(fù)合材料還是像干磨情況下保持在較低載荷下都是以顆粒磨損機(jī)制為主，隨著載荷的增加，%Mn合金磨損機(jī)制變成輕度的的剝層磨損，%Mn復(fù)合材料還是為顆粒磨損機(jī)制為主。隨著載荷的增加，三種材料的磨損率和摩擦系數(shù)都會(huì)有不同程度的增加，%Mn復(fù)合材料的增加幅度最小；隨著時(shí)間的推遲，%Mn合金在較高載荷下的摩擦系數(shù)變得很不穩(wěn)定，%Mn復(fù)合材料在各載荷下的摩擦系數(shù)都是保持先是上升再下降慢慢的趨于穩(wěn)定。（3）%Mn復(fù)合材料摩擦表面的微觀組織和結(jié)構(gòu)的觀察，從微觀角度了解摩擦磨損對(duì)材料影響，這樣能更加的了解Al2O3顆粒對(duì)鋁基復(fù)合材料耐磨性能的影響。但是還是需要做進(jìn)一步的深入研究：（1）還需要研究更多的磨損影響因素，如摩擦速度、%Mn復(fù)合材料的滑動(dòng)摩損性能的影響。（3）%Mn復(fù)合材料在室溫干磨或濕磨下的摩擦系數(shù)和磨損率都是三種材料中最低的，表明了Al2O3顆粒的加入對(duì)復(fù)合材料的滑動(dòng)摩擦磨損性能提高起到了積極的作用。（3）干磨，帶顆粒磨蝕液下摩擦的摩擦環(huán)境也影響著三種材料的摩擦磨損性能。（a）A00試樣 純鋁（b）1試樣 合金（c）2試樣 復(fù)合材料圖59 濕磨態(tài)下，三種材料在110N載荷下摩擦42min 后的摩擦表面形貌 干濕條件下材料磨損面形貌及磨損機(jī)制的區(qū)別及分析 干磨110N 濕磨110N 干磨140N 濕磨140N圖510 干磨、濕磨蝕下，2（復(fù)合材料）在各載荷下的摩擦42min后的磨損面形貌從圖510中可以看出來，干磨和濕磨蝕在相同載荷下的磨損表面形貌有很大的區(qū)別：2試樣（復(fù)合材料）在干磨情況時(shí)，摩擦表面在較低載荷下主要存在磨痕和一些凹坑，以顆粒磨損機(jī)制為主；隨著載荷的增加，摩擦表面的破壞越來越嚴(yán)重，凹坑面積越來越大，更加深，顆粒磨損和剝層磨損的同時(shí)存在；在濕磨蝕的情況下，在各載荷下復(fù)合材料摩擦表面主要存在很多的磨痕，只是隨著載荷的增加磨痕加深，不存在凹坑，一直以顆粒磨損機(jī)制為主。 干濕環(huán)境對(duì)材料摩擦系數(shù)的影響及研究根據(jù)2試樣（%Mn復(fù)合材料）在干磨和濕磨蝕的兩種條件及相同載荷下的摩擦系數(shù)隨著摩擦?xí)r間的變化數(shù)據(jù)，制成變化曲線相對(duì)比研究： (a) 50N （b）80N(b) 110N (d） 140N圖57 復(fù)合材料在相應(yīng)條件下的摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化曲線從上圖中可以看出：在各載荷下，帶顆粒磨蝕液的摩擦系數(shù)均比干磨的高，同時(shí)帶顆粒磨蝕液的質(zhì)量磨損率要比干磨的大，這說明摩擦系數(shù)和磨損率有一定的相應(yīng)關(guān)系。在變化曲線的增幅上，2試樣（復(fù)合材料）明顯是最小的，各載荷下的磨蝕率也是最低的，其次是1試樣（合金）。Cl Na合金在到達(dá)臨界載荷以后，摩擦熱增加，摩擦表面的溫度升高，基體表面軟化加劇，其亞表面就會(huì)容易剝離，磨損機(jī)制變?yōu)閲?yán)重的剝層磨損機(jī)制，磨損率和摩擦系數(shù)都會(huì)變的很大，%Mn基復(fù)合材料的臨界載荷要大的多，有效的推遲了向嚴(yán)重磨損機(jī)制的轉(zhuǎn)變，%Mn基復(fù)合材料中錳元素和Al2O3顆粒的加入在一定程度上降低復(fù)合材料的磨損率，即使是在較高載荷下也表現(xiàn)良好的耐磨性。隨著載荷的增加，合金和復(fù)合材料的抗磨性能正在逐漸的下降，這是由于合金和復(fù)合材料中硬質(zhì)相對(duì)基體的保護(hù)作用隨著載荷的增加也在下降，1（鋁錳合金）和2試樣（復(fù)合材料）主要磨損機(jī)制以磨粒磨損為主。圖46 AlMn合金（1）及其復(fù)合材料（2）在140N載荷下干磨摩擦系數(shù)與摩擦?xí)r間的變化曲線隨著載荷增加到140N，兩種材料摩擦系數(shù)隨時(shí)間變化曲線的不穩(wěn)定性，1試樣（鋁錳合金）變化曲線不穩(wěn)定最為明顯。這說明隨著載荷的增加，在80N以后，合金的磨損機(jī)制發(fā)生了變化使其質(zhì)量磨損率明顯上升；而復(fù)合材料表現(xiàn)優(yōu)異的耐磨性能，Al2O3顆粒的加入，不但降低了復(fù)合材料的磨損率，提高耐磨性，同時(shí)也推遲了高載荷條件下嚴(yán)重磨損的發(fā)生，有效地改善了復(fù)合材料在較高載荷下的耐磨性。對(duì)磨材料磨損量采用精度為0．1mg的電子天平分別測(cè)量磨損前后質(zhì)量而得；利用式（42）計(jì)算材料的質(zhì)量磨損率。所以相對(duì)于合金，復(fù)合材料的沖擊韌性有所下降，不過還保持著較好的韌性。：（1）均勻分布于鋁錳合金的增強(qiáng)相Al2O3顆粒由于自身的強(qiáng)度和硬度都很高，可承受一定比例的外應(yīng)力，它的加入提高復(fù)合材料的強(qiáng)度；（2）在凝固過程中，外質(zhì)Al2O3顆粒引起到了非平衡凝固的作用，一定程度上導(dǎo)致鋁基體晶粒細(xì)化而強(qiáng)化了復(fù)合材料；（3）由于Al2O3顆粒的存在勢(shì)必引起基體晶格的畸變, 而在發(fā)生局部塑性變形時(shí)Al2O3顆粒阻礙了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生位錯(cuò)塞積，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和繼續(xù)增殖困難，從而使復(fù)合材料獲得強(qiáng)化[6061]。從表中可以看出其它元素的變化不大，為對(duì)比研究提供了一個(gè)前提；而氧的含量出現(xiàn)比較大的增幅，這是由于加入的Al2O3顆粒所含氧元素的介入。這種制備方法主要通過長時(shí)間的攪拌解決增強(qiáng)相與基體的界面問題，使增強(qiáng)相能過比較均勻的分布與基體中。（3）沖擊韌性測(cè)試：試驗(yàn)中采用JB30A沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)試材料的沖擊韌性，產(chǎn)生的斷口通過LED1430VP型掃描電鏡(SEM)觀察獲得斷口形貌。這種方法中，攪拌溫度、攪拌時(shí)間直接影響著復(fù)合材料的氣孔率，需提出有效的具體制備工藝流程；保護(hù)基體金屬液的氧化、除氣，加入除氣劑精煉劑的MnCl2。（5）硬度計(jì)型號(hào)：HR150布洛維硬度計(jì)；HX1000B視頻顯示維氏顯微硬度計(jì)。第三章 試驗(yàn)條件與試驗(yàn)方法 試驗(yàn)材料本研究采用工業(yè)A00純鋁和金屬錳粉作為基體材料，作為增強(qiáng)體材料的aAl2O3顆粒，粒徑范圍:￠。該機(jī)制隨著摩擦產(chǎn)生的顆粒使得磨損從二體磨損轉(zhuǎn)向三體磨損。(2)磨粒磨損磨粒磨損[52]主要是由于摩擦界面間存在硬質(zhì)的外界顆粒或鋁基復(fù)合材料摩擦面上細(xì)微凸起物，起到了對(duì)鋁基復(fù)合材料表面犁削作用和塑性擠壓變形的磨損現(xiàn)象。干濕摩擦環(huán)境因素對(duì)材料的摩擦磨損性能有很大的影響，磨損機(jī)制也會(huì)有不同的改變。總的來說，影響磨損過程的因素主要包括外部因素(如載荷、速度、環(huán)境因素等)和內(nèi)部因素(如基體組織、增強(qiáng)相性質(zhì)等)，同時(shí)對(duì)于MMCs本身組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使得材料磨損性能在許多時(shí)候缺乏統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，因此，需要更進(jìn)一步的研究。并通過相應(yīng)的滑動(dòng)摩擦磨損率和摩擦系數(shù)的變化曲線，進(jìn)一步分析Al2O3顆粒對(duì)鋁錳合金復(fù)合材料的摩擦磨損性能的影響，以其找到提高鋁基復(fù)合材料滑動(dòng)摩擦磨損性能的實(shí)際可行的方法，為進(jìn)一步深入的研究工作奠定基礎(chǔ)。但是該工藝要求加入強(qiáng)化相的反應(yīng)元素量要精確，需要嚴(yán)格工藝要求使反應(yīng)生成強(qiáng)化相，這一工藝過程掌握難度大[38]。丁文江[31]等人將SiC顆粒加入到鋁液中在固液兩相區(qū)內(nèi)攪拌，制造成SiC顆粒增強(qiáng)A1基復(fù)合材料，測(cè)試結(jié)果表明，該復(fù)合材料具有良好鑄造性能，高力學(xué)性能，優(yōu)良耐磨性能等優(yōu)點(diǎn)。 （1）粉末冶金法：它是最早用來制備金屬基復(fù)合材料的方法，該方法的原理是將經(jīng)篩分、混合、冷壓固結(jié)、除氣的增強(qiáng)顆粒物與基體金屬粉末充分混合后再經(jīng)過燒結(jié)、熱擠壓或軋制變形制成零部件的方法[27]。(3)在電子器件、精密儀器和光學(xué)儀器中的應(yīng)用：SiC／Al基復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)和密度低，導(dǎo)熱性能良好，因此己用來制造電子器材、散熱片等電子器件。1983年日本豐田公司利用Al2O3∕Al復(fù)合材料制備了發(fā)動(dòng)機(jī)活塞[16]，比傳統(tǒng)鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)活塞重量減輕了5%10%，熱導(dǎo)性提高了4倍，開啟了鋁基復(fù)合材料進(jìn)入汽車工業(yè)的大門，開始大力研究鋁基復(fù)合材料的活塞、缸套、連桿和銷釘?shù)炔考?。由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的單一材料,經(jīng)一定的復(fù)合方法所得到多相材料稱作復(fù)合材料[15]，而鋁基復(fù)合材料主要是以鋁合金為基體相中加入增強(qiáng)相。（2） 晶粒細(xì)化晶粒細(xì)化是對(duì)材料的綜合性能提高有積極的作用，為了改善和提高鋁錳合金的性能,開發(fā)了多種晶粒細(xì)化的方法。%%Fe，但Fe+%，可以有效地細(xì)化板材退火的晶粒，否則，形成大量的粗大片狀（FeMn）Al6化合物，會(huì)顯著降低合金的力學(xué)性能和工藝性能?！婀簿囟葧r(shí)，%，隨著錳含量的增加，AlMn合金強(qiáng)度不斷增加，同時(shí)AlMn合金是非時(shí)效硬化合金，即不可熱處理強(qiáng)化[7]。純鋁的力學(xué)性能不高，不適宜制作承受較大載荷的結(jié)構(gòu)零件。至今，在很多實(shí)際應(yīng)用中，亦有不俗的表現(xiàn)，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。本論文主要是結(jié)合國家自然基金項(xiàng)目“高礦化度水質(zhì)下三氧化二鋁顆粒增強(qiáng)鋁錳合金復(fù)合材料的沖蝕腐蝕機(jī)制研究”，批準(zhǔn)號(hào)：（50861008），通過對(duì)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的摩擦磨損性能進(jìn)行了研究，初步分析了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，為進(jìn)一步的研究工作奠定基礎(chǔ)。由于本文的需要，主要研究變形鋁合金內(nèi)容。合金的再結(jié)晶溫度隨著Mn含量的增加相應(yīng)地提高，由于鋁錳合金具有很大的過冷能力，因此在快速冷卻結(jié)晶時(shí)，產(chǎn)生很大的晶內(nèi)偏析，Mn的濃度在枝晶的中心部位低，而在邊緣部位高，當(dāng)冷加工產(chǎn)品存在明顯的Mn偏析時(shí)，在退火后易形成粗大晶粒[9]。%以下[11]。鐵、錳可使鈦在鋁中的溶解度減小,鈦過量很容易對(duì)合金的性能造成不良影響,%。 由于鋁基復(fù)合材料具有良好的綜合性能，在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如在汽車工業(yè)、航空航天、電子等領(lǐng)域。(2)在航空航天及軍工領(lǐng)域的應(yīng)用：鋁基復(fù)合材料不會(huì)出現(xiàn)高分子復(fù)合材料常見的老化現(xiàn)象和在高真空條件下釋放小分子的特點(diǎn)，克服了樹脂基復(fù)合材料在航宇領(lǐng)域中的使用時(shí)存在的缺點(diǎn)，成為各國高新技術(shù)研究開發(fā)的重要領(lǐng)域。在上世紀(jì)60年代，自從鋁基復(fù)合材料的出現(xiàn)，其制備工藝也不斷得到改進(jìn)，主要是為了使鋁基復(fù)合材料中強(qiáng)化相更為均勻的分布于基體組織，從而得到更為優(yōu)秀的力學(xué)性能和機(jī)械性能。一系列的制備工序（制粉、冷壓固結(jié)、燒結(jié)）及比較嚴(yán)格的制備條件（溫度、壓力、真空環(huán)境）等的因數(shù)可以影響增強(qiáng)相在鋁基的分布、結(jié)合能，進(jìn)一步鋁基復(fù)合材料的性能，同時(shí)受這些因數(shù)的限制，該方法也不宜制備過大或形狀復(fù)雜的零件，制備周期長、成本偏高。該工藝就是將液體基體金屬在高壓惰性氣體噴射氣流作用下霧化成微細(xì)顆粒，并與增強(qiáng)體粉末進(jìn)行混合，使二者共同快速凝固沉積獲得復(fù)合材料的一種工藝[35]。因此，利用鋁基復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐磨性能代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料可以有效得阻止及減緩摩擦磨損造成危害。第二章 試驗(yàn)理論基礎(chǔ) 金屬材料滑動(dòng)摩擦原理模型 兩金屬材料接觸并摩擦的原理模型，由圖中我們可以看出兩金屬材料的表面都不光滑，都是由具有一定的凸蜂與凹谷相互組成。所以一般復(fù)合材料存在臨界載荷，當(dāng)超越一定的臨界載荷時(shí)，復(fù)合材料的磨損機(jī)制就會(huì)發(fā)生改變，而引起材料磨損嚴(yán)重，磨損率急劇增加。 材料間的摩擦必然會(huì)導(dǎo)致材料的磨損，并且磨損過程很復(fù)雜，不同的外界影響因素都可能出現(xiàn)不同的磨損機(jī)制，造成的破壞程度也不同。Hm。在鋁基復(fù)合材料磨損過程中，硬表面與軟表面之間的反復(fù)載荷作用下，產(chǎn)生剪切變形，且不斷積累，促進(jìn)鋁基復(fù)合材料表面大量的空位形核，空位合并，同時(shí)裂紋也從顆粒與基體的界面開始形核，而后裂紋慢慢長大，最后導(dǎo)致長而薄的磨損薄片脫落[58]。 金屬錳能譜面掃描圖譜 按重量百分比顯示的所有結(jié)果譜圖在狀態(tài)OSiMnSe總的譜圖 1是標(biāo)準(zhǔn)偏差最大最小其中Se和Si為雜質(zhì)，氧的存在是因?yàn)殄i可與空氣中的氧形成氧化物帶入的，%。（7）電光分析天平型號(hào)：TG328A(S),最大稱量：200g,分度值：。顆粒增強(qiáng)鋁錳復(fù)合材料：將所需的00Al鋁錠放入井式電阻爐熔化加熱至860℃，扒渣后加入金屬錳碎片，用石墨棒連續(xù)攪拌10分鐘，扒渣后加入Al2O3顆粒繼續(xù)攪拌10分鐘，%的除氣劑MnCl2粉末，攪拌、降溫、澆注成形。在相應(yīng)的磨損條件下，經(jīng)過42mim的磨損時(shí)間后在電光分析天平上測(cè)其磨損量。（1）AlMn合金成分由于制備過程中材料的損耗問題，最后材料的成分需要最后的測(cè)定。由于2試樣是以