【正文】 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]。SiC/2024A1復(fù)合材料，抗拉強(qiáng)度達(dá)800MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)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(jī)結(jié)構(gòu)件，如直升飛機(jī)起落架、翼前緣加強(qiáng)筋和大的通用J下弦形梁。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(qiáng)顆粒物都能適應(yīng)。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(qiáng)鋁錳合金復(fù)合材料的沖蝕腐蝕機(jī)制研究”，50861008，開展對Al2O3顆粒增強(qiáng)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。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(qiáng)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。(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(jī)制[54]。（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。（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。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(qiáng)AlMn復(fù)合材料成分Al2O3顆粒增強(qiáng)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(qiáng)顆粒制備出來的。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(yùn)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(dá)到臨界應(yīng)力時，就會在Al2O3顆粒的界面開始斷裂。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。（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(jī)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。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。%Mn復(fù)合材料的增加幅度最??；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。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。（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。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(jī)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(jī)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(hù)基體的作用，這時主要的磨損機(jī)制是顆粒磨損機(jī)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(jī)制為主。由于干磨下純鋁的磨損機(jī)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(jī)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(jī)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。, 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?？偟膩碚f，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。 (42)式中：LTP—摩擦距離；ΔG—材料磨損質(zhì)量[62]。我通過下面分析可得造成這種現(xiàn)象的原因。（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定。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。 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)，氧的存在是因為錳可與空氣中的氧形成氧化物帶入的，%。Hm。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，復(fù)合材料的磨損機(jī)制就會發(fā)生改變，而引起材料磨損嚴(yán)重，磨損率急劇增加。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。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。(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。鐵、錳可使鈦在鋁中的溶解度減小,鈦過量很容易對合金的性能造成不良影響,%。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，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，在退火后易形成粗大晶粒[9]。本論文主要是結(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(qiáng)鋁錳合金復(fù)合材料的沖蝕腐蝕機(jī)制研究”，批準(zhǔn)號：（50861008），通過對顆粒增強(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)的實驗現(xiàn)象，為進(jìn)一步的研究工作奠定基礎(chǔ)。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。%%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，會顯著降低合金的力學(xué)性能和工藝性能。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。(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。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)。并通過相應(yīng)的滑動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)合材料滑動摩擦磨損性能的實際可行的方法，為進(jìn)一步深入的研究工作奠定基礎(chǔ)。干濕摩擦環(huán)境因素對材料的摩擦磨損性能有很大的影響，磨損機(jī)制也會有不同的改變。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。（5）硬度計型號：HR150布洛維硬度計；HX1000B視頻顯示維氏顯微硬度計。（3）沖擊韌性測試：試驗中采用JB30A沖擊試驗機(jī)測試材料的沖擊韌性，產(chǎn)生的斷口通過LED1430VP型掃描電鏡(SEM)觀察獲得斷口形貌。從表中可以看出其它元素的變化不大，為對比研究提供了一個前提；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。所以相對于合金，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。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。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。Cl Na 干濕環(huán)境對材料摩擦系數(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。（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。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)合材料的滑動摩損性能的影響。隨著載荷的增加，三種材料的磨損率和摩擦系數(shù)都會有不同程度的增加，%Mn復(fù)合材料的增加幅度最小；隨著時間的推遲，%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?？偟膩碚f，三種試樣由于實驗條件的變化情況下，磨損程度和磨損機(jī)制也發(fā)生了變化。 干濕環(huán)境對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，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。（2）硬質(zhì)鋁錳間化合物和Al2O3顆粒起到了承受載荷作用，避免了基體與對磨偶件的接觸摩擦，保護(hù)了基體。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。圖41 M22000型摩擦磨損試驗機(jī)示意圖 (41)式中：α—上、下試樣的接觸角，角α=；B—上試樣磨痕寬度（cm）；R—下試樣(對磨環(huán))的外半徑（cm）；T—摩擦力矩（）；L—負(fù)荷（N）。其中1試樣（%Mn合金）的沖擊韌性最高；2試樣（%Mn基復(fù)合材料）的沖擊韌性低于1試樣，說明Al2O3顆粒的加入一定程度上影響了材料的韌性，有變脆的傾向，但是下降的不是很大，還表現(xiàn)良好的塑性；相對于A00試樣（純鋁），合金和復(fù)合材料的沖擊韌性表現(xiàn)的明顯地高，錳元素和Al2O3顆粒都同時影響著材料塑性的變化。對于這類材料其各項組織成分及機(jī)械性能的研究提供一些數(shù)據(jù)，并為對其實際應(yīng)用有著重大的理論指導(dǎo)意義。鋁錳合金：將所需的A00鋁錠放入井式電阻爐熔化加熱至860℃，扒渣后加入金屬錳粉粒，用石墨棒連續(xù)攪拌10分鐘，%的除氣劑六氯乙烷、精煉劑MnCl2粉末，攪拌、降溫、澆注成形。以下是幾種主要材料的具體成分：（1）A00鋁成分 試驗用A00鋁的成分牌號化學(xué)成分(%,質(zhì)量分?jǐn)?shù))Al Fe Si Cu Ca Mg 其它