【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 材料的再生和回收問(wèn)題，逐步降低復(fù)合材料的成本和價(jià)格。相信不久的將來(lái)，隨著基礎(chǔ)研究的不斷深入及制備技術(shù)的不斷完善，顆粒增強(qiáng)鋁合金基復(fù)合材料必將以其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在航空航天、汽車(chē)、儀器儀表等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，并取得較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。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。2．通過(guò)選擇反應(yīng)物的類型、成分來(lái)控制增強(qiáng)相種類、大小和數(shù)量，并可以通過(guò)工藝來(lái)控制其大小和分布，不易出現(xiàn)增強(qiáng)相的團(tuán)聚或偏析。3．省去了增強(qiáng)體的預(yù)處理，簡(jiǎn)化了工藝流程，成本也相對(duì)較低。4．增強(qiáng)相顆粒細(xì)小，往往處于微米級(jí)或亞微米級(jí)，能保證鋁基復(fù)合材料不但有良好的韌性和高溫性能，而且有很高的強(qiáng)度和彈性模量。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。原位反應(yīng)制備復(fù)合材料的工藝多種多樣，但是，有些工藝不適合規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)，有些工藝的反應(yīng)速度和反應(yīng)生成物的控制較為困難。因此，原位反應(yīng)復(fù)合材料還存在如下問(wèn)題需要人們?nèi)ヌ剿餮芯浚? 研究反應(yīng)生成顆粒的形成機(jī)理，進(jìn)一步完善反應(yīng)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)體系。研究控制反應(yīng)過(guò)程的方法，以便能控制反應(yīng)速度以及生成顆粒的大小、形狀和分布。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。2 在凝固過(guò)程中，己形成的增強(qiáng)顆粒在金屬液內(nèi)容易聚結(jié)、偏析，而且對(duì)這種混合液的凝固特征，如凝固過(guò)程、顆粒在液固界面前沿的行為以及鑄造缺陷產(chǎn)生的機(jī)理和防止措施等，缺乏全面深入的研究，而這些又是獲得優(yōu)質(zhì)復(fù)合材料的基本保證。因此，為了獲得更理想的組織，必須從不同的角度，進(jìn)一步研究反應(yīng)生成顆粒與基體材料的界面特征，以及顆粒在基體凝固過(guò)程中的行為，加深對(duì)含有顆粒的流變學(xué)的理解，以便能使反應(yīng)生成顆粒更合理地分布于基體材料中。3 在反應(yīng)過(guò)程中伴生的有害化合物也是目前原位鋁基復(fù)合材料制備和研究中難以避免的一個(gè)難題。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。因此，必須進(jìn)一步研究能抑制這些化合物產(chǎn)生的各種有效措施，或者消除其有害影響，甚至利用這些有害化合物，是今后的一個(gè)重要研究課題。4 目前有關(guān)原位反應(yīng)生成MMCs的制備工藝過(guò)程和所得材料的組織特征的報(bào)道不少，但是還需進(jìn)一步完善各種工藝方法，對(duì)所得材料的性能，特別是斷裂韌性、抗疲勞性能和切削加工性能等進(jìn)行全面的分析和研究，為這些材料在試際生產(chǎn)中的應(yīng)用提供更全面的技術(shù)資料。5 試用化研究問(wèn)題：研究表明，許多原位MMCs具有優(yōu)越的綜合性能，然而這些研究大部分僅限于試驗(yàn)室，只有進(jìn)一步研究原位反應(yīng)復(fù)合材料的工業(yè)化生產(chǎn)工藝，研究出真正適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的工藝，才能使得原位反應(yīng)復(fù)合材料這一性能優(yōu)良的材料真正得到推廣使用，使其發(fā)揮作用。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。載荷、滑動(dòng)距離、滑動(dòng)速度、摩擦表面的溫度、熱處理狀態(tài)、顆粒（種類、大小、數(shù)量、分布等）、表面狀態(tài)、潤(rùn)滑條件、對(duì)偶件情況等等，所有這些因素相互聯(lián)系，共同作用，因此，不能簡(jiǎn)單地割裂這些因素，但另一方面，任何研究都不能綜其全部，所以我們只能研究其中的幾個(gè)重要因素。 增強(qiáng)顆粒的影響顆粒對(duì)鋁基復(fù)合材料的影響極其復(fù)雜，不同的顆粒以及相同顆粒在不同條件下，如含量不同、尺寸大小不同、分布情況不同、試驗(yàn)條件不同（平穩(wěn)加載或沖擊加載）等，有時(shí)會(huì)有彼此相反的結(jié)論，如前所述，在不同的條件下得出了不同的結(jié)論。最早系統(tǒng)地研究各種不同增強(qiáng)物對(duì)復(fù)合材料磨損性能影響的學(xué)者是Sato和Mehrabian，他們[27]研究了SiC、TiC、Si3NAl3OSiOMgO、BN等顆粒增強(qiáng)的Al4Cu、。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。 外加載荷的影響關(guān)于載荷對(duì)復(fù)合材料摩擦磨損性能的影響，也有很多研究表明：①高速干摩擦條件下，低載（50N～100N）時(shí)，SiC顆粒含量越高，復(fù)合材料的耐磨性越好，在中、高載（150N～300N）時(shí)，含SiC多的復(fù)合材料反而不及含SiC少的復(fù)合材料耐磨；②低速干摩擦條件下，低載（50N）時(shí)復(fù)合材料的耐磨性遠(yuǎn)高于基體，但隨著載荷的增大，復(fù)合材料不如基體耐磨。 外部溫度的影響接觸面溫度的變化對(duì)于摩擦與磨損過(guò)程有很大影響，有可能使表層的物理、化學(xué)特性改變，從而改變潤(rùn)滑機(jī)制、磨損機(jī)制等。摩擦表面溫度與摩擦副材料的熱物理性能（導(dǎo)熱率,熱容量）、摩擦工況條件及散熱條件有關(guān)。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。體積分?jǐn)?shù)為15%的SiC增強(qiáng)2618Al復(fù)合材料的臨界溫度在150℃～200℃之間，基體材料的臨界轉(zhuǎn)變溫度在100℃～150℃之間，這是因?yàn)樵鰪?qiáng)體的存在提高了復(fù)合材料的抗軟化和抗咬合性，因而提高了復(fù)合材料的臨界轉(zhuǎn)變溫度。 滑動(dòng)速度的影響 Lee[29]等研究了Al3O2和SiC顆粒增強(qiáng)6061復(fù)合材料的磨損性能與滑動(dòng)速度的關(guān)系，研究表明，對(duì)于復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，當(dāng)滑動(dòng)速度較低時(shí)()，復(fù)合材料的磨損率比基體材料高；當(dāng)滑動(dòng)速度進(jìn)一步增加時(shí)，復(fù)合材料的磨損率降低；當(dāng)滑動(dòng)速度再進(jìn)一步提高()，復(fù)合材料的磨損率比基體材料小得多。摩擦?xí)r，接觸表面的溫度高低和分布情況對(duì)摩擦磨損性能影響很大。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。上世紀(jì)70年代美國(guó)首次采用先進(jìn)的氪化技術(shù)對(duì)復(fù)合材料摩擦表面的最高工作溫度作了精確測(cè)定。由于復(fù)合材料中強(qiáng)硬相（顆粒）分布在較軟的鋁合金基體上，構(gòu)成了較好的硬軟配合，并減少了發(fā)生粘著的可能性，從而使顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有優(yōu)良的耐磨性能。在研究某種材料的摩擦系數(shù)時(shí)，必須注意試驗(yàn)條件和所用的測(cè)試設(shè)備，不同的研究人員由于試驗(yàn)條件不同，測(cè)試設(shè)備不同，因而得出的摩擦系數(shù)也不一樣。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。結(jié)果表明在干摩擦條件下SiCp/Al復(fù)合材料的摩擦系數(shù)在50N300N的外加載荷下均高于Al9Si合金，且SiCp含量越高，摩擦系數(shù)越大。然而另有研究表明，在干摩擦條件下，隨著SiCp含量的增大，SiCp/Al復(fù)合材料的摩擦系數(shù)明顯減小。(耐磨性)磨損量是評(píng)定材料的耐磨性、控制產(chǎn)品質(zhì)量和研究摩擦磨損機(jī)理的一個(gè)重要指標(biāo)。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。大部分研究結(jié)果表明，復(fù)合材料和基體的磨損量都隨外加載荷的增大而增大，但復(fù)合材料的磨損量隨載荷的增大幅度遠(yuǎn)小于基體（載荷越大，SiCp含量越高，復(fù)合材料的耐磨性越優(yōu)于基體）。但也有研究得出，低載時(shí)復(fù)合材料的耐磨性明顯優(yōu)于基體，但隨著載荷的增大，復(fù)合材料的耐磨性反不如基體。以上所有研究數(shù)據(jù)都是反映材料在平穩(wěn)加載條件下的磨損規(guī)律，而在工程應(yīng)用中的試際工作條件往往是動(dòng)載的，因此也有人專門(mén)研究了動(dòng)載摩擦工況下顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的耐磨性能。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。但他們?cè)诓捎脟娚皼_蝕試驗(yàn)裝置研究SiC顆粒增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的磨損行為時(shí)卻得出了相反的結(jié)論。從以上所述可以看出，不論是摩擦系數(shù)的大小，還是耐磨性能的好壞都是在一定條件下才適用的，由此也可以說(shuō)明顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的磨損過(guò)程十分復(fù)雜，涉及許多因素，而這些因素相互影響共同作用。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料由于具有良好的摩擦性能而備受人們關(guān)注，其應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣。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。目前多數(shù)采用的是摩擦制動(dòng)器，即以摩擦力作為制動(dòng)力，使運(yùn)動(dòng)物體達(dá)到減速、停止目的。因此制動(dòng)器具有良好的摩擦穩(wěn)定性是至關(guān)重要的，關(guān)系到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。美國(guó)Duralcan公司已用SiCp/Al復(fù)合材料成功地制造了汽車(chē)制動(dòng)盤(pán)、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞和齒輪箱等汽車(chē)零件。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。傳統(tǒng)的外加增強(qiáng)相的復(fù)合工藝簡(jiǎn)單，但容易引起顆粒表面污染，使兩相