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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(duì)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。%Mn復(fù)合材料的沖擊韌性相對(duì)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。第七章 結(jié)論與展望本文通過(guò)攪拌鑄造法成功地把Al2O3顆粒增強(qiáng)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(dòng)磨損性能等方面進(jìn)行了對(duì)比分析研究。%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(shì)。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(shí)水的降溫散熱作用，粘著磨損也沒(méi)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(dòng)摩擦?xí)r鋁錳間化合物起到了保護(hù)基體的作用，這時(shí)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。表圖中，三種材料摩擦系數(shù)和磨損率的變化曲線也證實(shí)了這一現(xiàn)象。在帶顆粒磨蝕液下滑動(dòng)摩擦?xí)r，水存在于材料與對(duì)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(duì)偶件表面的切削作用，摩擦系數(shù)要明顯的大于干磨時(shí)自身產(chǎn)生磨?；瑒?dòng)摩擦，而且水有助于將磨屑帶走，造成材料的磨損。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(duì)材料的破壞更加嚴(yán)重，在摩擦過(guò)程中極其不穩(wěn)定；%%Mn合金，載荷增加到110N，對(duì)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。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(duì)基體產(chǎn)生切削作用，同時(shí)磨蝕液對(duì)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(shí)，濕磨蝕和干磨的質(zhì)量磨損率基本上相同，說(shuō)明在較低載荷下，腐蝕液及所含的顆粒沒(méi)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(zhǎng)，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(dòng)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。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(shí)，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(shí)，隨著載荷的增加，A00試樣的磨蝕率有直線上升的趨勢(shì)；1試樣和2試樣的濕磨蝕率都是隨著載荷增加而增加。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），㎜。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(shí)驗(yàn)材料及方法本實(shí)驗(yàn)中作為磨蝕介質(zhì)的水環(huán)境材料參考新疆西克爾水庫(kù)水體成分，水化學(xué)類型為SO4, 本章小結(jié)本章通過(guò)對(duì)A00鋁、%%Mn復(fù)合材料的室溫下干滑動(dòng)磨損率、摩擦系數(shù)及磨損形貌的對(duì)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(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。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(jī)制為主。說(shuō)明合金的磨損機(jī)制為嚴(yán)重的剝層磨損機(jī)制。（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(shí)，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(dòng)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(dòng)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(dòng)摩擦后，磨損表面沒(méi)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(shí)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。總的來(lái)說(shuō)，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。在整個(gè)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(shí)合金的摩擦系數(shù)隨時(shí)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(dòng)時(shí)間的推移，依舊保持著比較穩(wěn)定，表明此時(shí)合金已進(jìn)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。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(méi)有1試樣（AlMn合金）的增幅那么大，同時(shí)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。在較高的載荷下，復(fù)合材料質(zhì)量磨損率越來(lái)越明顯的好于基體鋁錳合金。 (42)式中：LTP—摩擦距離；ΔG—材料磨損質(zhì)量[62]。材料在試驗(yàn)的過(guò)程中，1min、3min、5min和以后每隔5分鐘從試驗(yàn)機(jī)上讀取摩擦力矩（T）數(shù)據(jù)，結(jié)果按式(41)計(jì)算轉(zhuǎn)換為摩擦系數(shù)。（3）由于外質(zhì)Al2O3顆粒能阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致應(yīng)力集中，降低材料的塑性。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(yàn)過(guò)程中阻礙晶體中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使位錯(cuò)塞積產(chǎn)生應(yīng)力集中，材料難以變形，相對(duì)的降低材料的塑性，當(dāng)達(dá)到臨界應(yīng)力時(shí)，就會(huì)在Al2O3顆粒的界面開(kāi)始斷裂。我通過(guò)下面分析可得造成這種現(xiàn)象的原因。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(qiáng)作用得到充分的發(fā)揮，提高材料的硬度值。由于2試樣是以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(guò)攪拌法成功的加入了高硬度細(xì)小的Al2O3顆粒。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(lái)的。（1）AlMn合金成分由于制備過(guò)程中材料的損耗問(wèn)題，最后材料的成分需要最后的測(cè)定。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)攪拌鑄造法制備的AlMn合金和AlMn基復(fù)合材料。在相應(yīng)的磨損條件下，經(jīng)過(guò)42mim的磨損時(shí)間后在電光分析天平上測(cè)其磨損量。（2）硬度測(cè)試：試驗(yàn)中采用HR150布洛維硬度計(jì)測(cè)試材料布氏硬度HBS，,壓頭為直徑5㎜淬火鋼球，保壓30s。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。本文中通過(guò)攪拌鑄造法來(lái)制備復(fù)合材料。（7）電光分析天平型號(hào)：TG328A(S),最大稱量：200g,分度值：。（4）電鏡、能譜分析儀型號(hào)：LED1430VP型掃描電鏡，OXFORD2000型能譜分析儀，M18XHF22SRA型X射線衍射儀。 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，%。 （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。在鋁基復(fù)合材料磨損過(guò)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(kāi)始形核，而后裂紋慢慢長(zhǎng)大，最后導(dǎo)致長(zhǎng)而薄的磨損薄片脫落[58]。(3)氧化磨損當(dāng)在較低載荷和滑動(dòng)速度條件下時(shí)，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(duì)鋁基復(fù)合材料的磨損就是氧化磨損機(jī)制[54]。Hm?；贏rchard和Rowe等人[5152]對(duì)粘著磨損機(jī)制與相關(guān)因素的關(guān)系，最后提出一個(gè)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)。 材料間的摩擦必然會(huì)導(dǎo)致材料的磨損，并且磨損過(guò)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。翟秋亞，徐錦鋒[47]等人發(fā)現(xiàn)隨著滑動(dòng)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(shí)剝離出來(lái)的堅(jiān)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。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。在不同的滑動(dòng)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(shuō)明材料摩擦磨損性能是與整個(gè)系統(tǒng)相關(guān)的特性，很多的因素相互的作用[44]。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。本文所研究的主要是結(jié)合國(guó)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”，50861008，開(kāi)展對(duì)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(dòng)摩擦磨損性能的研究。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。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，降低成本、污染小、增強(qiáng)相與基體有很好的結(jié)合性。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]。這種工藝具有工序較少，成本較低，對(duì)設(shè)備