【正文】 1試樣為基體的，所以也存在一定量硬脆的MnAl6和Mn4Al11化合物，但是還通過攪拌法成功的加入了高硬度細(xì)小的Al2O3顆粒。我通過下面分析可得造成這種現(xiàn)象的原因。（3）由于外質(zhì)Al2O3顆粒能阻礙位錯運動，導(dǎo)致應(yīng)力集中，降低材料的塑性。 (42)式中：LTP—摩擦距離；ΔG—材料磨損質(zhì)量[62]。但是從圖中可以看出，隨著載荷的增加，兩種材料的摩擦系數(shù)也有一定程度地增加，但是2試樣（復(fù)合材料）摩擦系數(shù)隨載荷增幅明顯沒有1試樣（AlMn合金）的增幅那么大，同時復(fù)合材料在各載荷下都低于合金摩擦系數(shù)，表現(xiàn)好于合金的耐磨性能。總的來說，在較高的載荷下，復(fù)合材料的耐磨性還是比較的良好，這是由于Al2O3顆粒的加入起到了改善復(fù)合材料耐磨性及推遲復(fù)合材料向嚴(yán)重磨損轉(zhuǎn)變的作用。說明合金的磨損機制為嚴(yán)重的剝層磨損機制。, 本章小結(jié)本章通過對A00鋁、%%Mn復(fù)合材料的室溫下干滑動磨損率、摩擦系數(shù)及磨損形貌的對比研究分析，得到以下的主要結(jié)論：（1）%Mn復(fù)合材料在室溫干磨下的摩擦系數(shù)和磨損率都是三種材料中最低的，表明了Al2O3顆粒的加入對復(fù)合材料的滑動摩擦磨損性能提高起到了積極的作用。加入的磨粒大約為水溶液的1%，其中SiO2占70%、Al2O3占30%（中酸性巖石化學(xué)成分），㎜。由于干磨下純鋁的磨損機制主要是粘著磨損，而濕磨下，由于磨蝕液里含有的硬質(zhì)顆粒流入到摩擦表面之間，對基體產(chǎn)生切削作用，同時磨蝕液對基體的腐蝕作用，隨著載荷增加，造成材料磨損比干磨也變的更加嚴(yán)重；從圖5（b、c）中也可以看出：1試樣（合金）和2試樣（復(fù)合材料）在20N80N較低的載荷下時，濕磨蝕和干磨的質(zhì)量磨損率基本上相同，說明在較低載荷下，腐蝕液及所含的顆粒沒有加劇材料的磨損，兩種材料主要的磨損機制都是顆粒磨損；當(dāng)載荷在80N以上是，濕磨的變化曲線明顯變陡，成更加陡的直線型增長，明顯大于干磨的磨損率，磨蝕液的腐蝕作用和所帶顆粒的滑動摩擦作用，提前的破壞了摩擦面之間的“機械混合層”，外部顆粒的一直加入，導(dǎo)致材料在濕磨蝕下嚴(yán)重磨損。在帶顆粒磨蝕液下滑動摩擦?xí)r，水存在于材料與對偶件之間，起到冷卻作用，使摩擦表面不易升溫，不易軟化亞表層；但是磨蝕液中含有一定量的顆粒，帶入到摩擦面之間，使得顆粒對偶件表面的切削作用，摩擦系數(shù)要明顯的大于干磨時自身產(chǎn)生磨?；瑒幽Σ粒宜兄趯⒛バ紟ё?，造成材料的磨損。在各載荷下，濕磨蝕的純鋁由于摩擦產(chǎn)生閃熱導(dǎo)致純鋁的塑性變形，所以存在粘著磨損機制，同時水的降溫散熱作用，粘著磨損也沒有干磨的那么嚴(yán)重，而磨蝕液中的顆粒又做純鋁基體切削做用，純鋁還存在著顆粒磨損機制；合金中由于存在比較硬的鋁錳間化合物提高了合金的硬度，滑動摩擦?xí)r鋁錳間化合物起到了保護基體的作用，這時主要的磨損機制是顆粒磨損機制，隨著載荷的增加，切削力大于鋁錳間化合物與基體的結(jié)合力，導(dǎo)致輕度的剝層磨損；復(fù)合材料由于Al2O3顆粒的加入，硬度又比合金高很多，臨界載荷也大大的提高，在較大載荷下，還是以顆粒磨損機制為主。第七章 結(jié)論與展望本文通過攪拌鑄造法成功地把Al2O3顆粒增強相加入到AlMn基體合金中，%Mn復(fù)合材料，并與純鋁、%Mn合金在組織成分、硬度、沖擊韌性和各條件下滑動磨損性能等方面進行了對比分析研究。（5）干磨和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。參考文獻[1](上)[M].北京:—26．[2][M].湖南中南大學(xué)出版社2000[3]李廣欽，左秀榮，[J]. 熱加工工藝,(10):6367[4][M].湖南:中南大學(xué)出版社,2000[5]陳剛，21（1）：3437[6] and M dankde,1971 62．727，[7][8] (上)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,[9] Dirras G shear tests on Aluminium 3004 and 5182 alloy:macroscopic behaviour and substructural development [J].Materials Science and Engineering,1997,234236 A:966969.[10]Alexander D T L,Greer A intermetallic phase tranformations in 3XXX aluminium alloys[J].Acta Materialia,2002,50:25712583.[11][J].輕合金加工技術(shù),1991,22(9):3741.[12]Borge Forbord,Hakon Hallem,Nils Ryum, and recrystallisation in AlMnZr with and without Sc[J].Materials Science and Engineering,2004,387389A:936939.[13]孫海斌,左秀榮,仲志國,[J].熱加工工藝,2005,(12):7173.[14]Horita Z,Fujinami T,Nemoto M, of mechanical properties for Al alloys using equalchannel angular pressing Journal of Materials[J].Processing Technology,2001,117:288292.[15][M].天津大學(xué)出版社，2002. 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Fabrication of Particulates Reinforced Metal Composites Proceedings of an International Conference,1990。雖然在相應(yīng)的數(shù)據(jù)和理論中，證明了Al2O3顆粒對復(fù)合材料耐磨性能的提高有一定的積極作用。%Mn復(fù)合材料的沖擊韌性相對于合金有所下降但是不大，還保持著良好的塑性，也可以中斷口形貌看出。%Mn復(fù)合材料的增加幅度最小；在較高載荷下的摩擦系數(shù)都還是保持下降慢慢的趨于穩(wěn)定的趨勢。表圖中，三種材料摩擦系數(shù)和磨損率的變化曲線也證實了這一現(xiàn)象。由于載荷的增加，1試樣的摩擦表面擠壓變形程度加劇，犁削和粘著作用加劇，對材料的破壞更加嚴(yán)重，在摩擦過程中極其不穩(wěn)定；%%Mn合金，載荷增加到110N，對2試樣的磨損影響不是很大，摩擦系數(shù)隨摩擦?xí)r間的變化曲線還能保持一定地穩(wěn)定性。從表中可以看出，與材料的干摩有相類似的規(guī)律，A00試樣的磨蝕率在各載荷下都是大于1試樣和2試樣，在載荷20N50N之間時，隨著載荷的增加A00試樣的磨蝕率反而有所下降；但是當(dāng)載荷在50N140N時，隨著載荷的增加，A00試樣的磨蝕率有直線上升的趨勢；1試樣和2試樣的濕磨蝕率都是隨著載荷增加而增加。第六章 %Mn復(fù)合材料在室溫下帶磨粒高礦化水環(huán)境下磨蝕性能 實驗材料及方法本實驗中作為磨蝕介質(zhì)的水環(huán)境材料參考新疆西克爾水庫水體成分，水化學(xué)類型為SO4而合金和復(fù)合材料在較低的載荷下，都主要是以磨粒磨損機制為主。（a）A00試樣 純鋁 （b）1試樣 鋁錳合金（c）2試樣 復(fù)合材料圖48 干態(tài)下，三種材料在載荷110N時，磨損42min后的磨損面形貌照片從圖3（a）中可以看出，A00試樣在110N載荷下經(jīng)歷了42min的滑動摩擦后，摩擦表面由于摩擦產(chǎn)生的熱量而使得純鋁塑性流動的跡象更加的明顯，大面積的塑性變形區(qū)，主要磨損機制還是以粘著磨損為主；從圖3（b、c）中可以看出，1（鋁錳合金）和2試樣（復(fù)合材料）在110N載荷下經(jīng)歷了42min的滑動摩擦后，磨損表面沒有出現(xiàn)像A00試樣摩擦表面上的大面積塑性變形區(qū)，還是似于80N載荷下，存在一些犁溝和凹坑，可是磨損表面上犁溝和凹坑的大小和深度都有一定程度的增加，同時2（復(fù)合材料）的摩擦表面比1（鋁錳合金）要平整光滑，如磨損率和摩擦系數(shù)大小所示。在整個圖形中2試樣（復(fù)合材料）的摩擦系數(shù)都低于合金的摩擦系數(shù)，同時合金的摩擦系數(shù)隨時間的變化曲線也變的不是很平穩(wěn)，有一定的振幅，而復(fù)合材料隨著滑動時間的推移，依舊保持著比較穩(wěn)定，表明此時合金已進入了非穩(wěn)定磨損階段，復(fù)合材料則還是處于穩(wěn)定磨損階段。在較高的載荷下，復(fù)合材料質(zhì)量磨損率越來越明顯的好于基體鋁錳合金。材料在試驗的過程中，1min、3min、5min和以后每隔5分鐘從試驗機上讀取摩擦力矩（T）數(shù)據(jù)，結(jié)果按式(41)計算轉(zhuǎn)換為摩擦系數(shù)。2（%Mn基復(fù)合材料）斷口形貌上分布著一些顆粒，主要就是Al2O3顆粒，由于Al2O3顆粒屬于外質(zhì)材料，拉伸試驗過程中阻礙晶體中位錯運動，使位錯塞積產(chǎn)生應(yīng)力集中，材料難以變形，相對的降低材料的塑性，當(dāng)達到臨界應(yīng)力時，就會在Al2O3顆粒的界面開始斷裂。Al2O3顆粒硬度很高，均勻分散于較軟的合金基體中使得Al2O3顆粒的增強作用得到充分的發(fā)揮，提高材料的硬度值。圖31 AlMn合金的面掃描圖譜表31 按重量百分比顯示的所有結(jié)果譜圖在狀態(tài)OMnAl總的譜圖 1是譜圖 2是譜圖 3是平均（2）Al2O3顆粒增強AlMn復(fù)合材料成分Al2O3顆粒增強AlMn復(fù)合材料是在以鋁錳合金為基體的基礎(chǔ)上加入Al2O3增強顆粒制備出來的。本實驗通過攪拌鑄造法制備的AlMn合金和AlMn基復(fù)合材料。（2）硬度測試：試驗中采用HR150布洛維硬度計測試材料布氏硬度HBS，,壓頭為直徑5㎜淬火鋼球，保壓30s。本文中通過攪拌鑄造法來制備復(fù)合材料。（4）電鏡、能譜分析儀型號：LED1430VP型掃描電鏡，OXFORD2000型能譜分析儀，M18XHF22SRA型X射線衍射儀。 （24）式中：為材料磨損體積；為滑移距離；為臨界滑移距離；為片狀磨屑的面積。(3)氧化磨損當(dāng)在較低載荷和滑動速度條件下時，由于摩擦生熱作用下，摩擦表面與周圍氧化物反生氧化反應(yīng)，造成對鋁基復(fù)合材料的磨損就是氧化磨損機制[54]?；贏rchard和Rowe等人[5152]對粘著磨損機制與相關(guān)因素的關(guān)系，最后提出一個比較完善的在材料粘著磨損下的體積磨損量公式： （21）式中：為與材料性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)；為常數(shù)；為摩擦系數(shù)；為與表面膜有關(guān)的系數(shù)； 為材料的屈服極限；為磨損系數(shù)。翟秋亞，徐錦鋒[47]等人發(fā)現(xiàn)隨著滑動距離增加，Al2O3纖維增強鋁基復(fù)合材料摩擦表面相互作用，摩銷前端變形量增大，出現(xiàn)形變坑，同時剝離出來的堅硬Al2O3磨粒并鑲嵌于其中，很容易在摩擦表面產(chǎn)生犁溝，從而加速鋁基復(fù)合材料的磨損。在不同的滑動條件和摩擦環(huán)境下，材料的摩擦磨損性能也不經(jīng)相同，說明材料摩擦磨損性能是與整個系統(tǒng)相關(guān)的特性，很多的因素相互的作用[44]。本文所研究的主要是結(jié)合國家自然基金項目“高礦化度水質(zhì)下三氧化二鋁顆粒增強鋁錳合金復(fù)合材料的沖蝕腐蝕機制研究”，50861008，開展對Al2O3顆粒增強鋁錳基復(fù)合材料在正載荷、磨摩擦?xí)r間/距離和干濕環(huán)境等影響因素下的滑動摩擦磨損性能的研究。這種工藝的優(yōu)點在于簡化了生產(chǎn)工藝，降低成本、污染小、增強相與基體有很好的結(jié)合性。這種工藝具有工序較少，成本較低，對設(shè)備要求不高，而且一般增強顆粒物都能適應(yīng)。圖12 顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制備工藝分類本文僅對上述幾種常見的鋁基基復(fù)合材料（現(xiàn)今研究的較全面）的制備工藝方法及其特點進行評述。SiC/2024A1復(fù)合材料，抗拉強度達800MPa，屈服強度達690MPa，彈性模量高于150GPa，都大大高于基體合金，且熱膨脹系數(shù)很低，可用來代替Al合金、Ti合金等制造各種飛機結(jié)構(gòu)件，如直升飛機起落架、翼前緣加強筋和大的通用J下弦形梁。汽車工業(yè)的發(fā)展，對材料的要求，這就為鋁基復(fù)合材料的發(fā)展提供了廣闊的應(yīng)用前景[15]。等徑轉(zhuǎn)角擠壓法制備的鋁錳合金隨后經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に囂幚砗螅?顯著地提高鋁錳合金的硬度及強度，并且細(xì)化晶粒保持較高的熱穩(wěn)定性，同時等徑轉(zhuǎn)角擠壓方法可用于大規(guī)模的生產(chǎn)過程[14]。稀土元素：稀土元素直接影響著合金再結(jié)晶過程，由于稀土元素占據(jù)合金點陣中錳元素的位置，使得更多錳以化合物形式析出，(FeMn)Al6相增多，錳在合金中的固溶含量相對降低,使合金再結(jié)晶溫度降低，同時加速了再結(jié)晶過程，使合金再結(jié)晶過程提前[3]。主要的研究方面：（1）鋁錳合金中其它元素的影響[10]Fe：Fe能溶解于MnAl6中形成（FeMn）Al6化合物，從而降低Mn在Al中溶解度。（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）牌號SiFeCuMnMgZn3003~~3004~~3005~~3105~~ 鋁錳二元相圖從Godeeke和Koster給出的鋁錳二元相圖[6]中可以看出：隨著合金中錳含量的降低，合金熔點逐漸下降，基本下降到共晶溫度6580C，%左右的變形性鋁錳合金，在這個Mn含量主要經(jīng)歷的是鋁錳間共晶作用。在我國干旱的地區(qū)使用大量的節(jié)水灌溉部件，每年因摩擦所造成的磨損很大，我們希望在不久的將來由顆粒增強鋁基復(fù)合材料制成的節(jié)水灌溉部件。在這種背景下，顆粒增強鋁基復(fù)合材料以其具有高比強度、比剛度、低熱膨脹系數(shù)、良好耐磨性能等優(yōu)異性能受到各國科研機構(gòu)及人