【正文】 和CuO粉末，將粉末混合均勻壓制成塊，用鋁箔包緊密。 原位Al2O3顆粒的制備反應(yīng)方程：2Al+3CuO=3Cu+Al2O3Al粉與CuO粉末在高溫下發(fā)生原位反應(yīng)生成細(xì)小的Al2O3顆粒，彌散在鋁基體上達(dá)到細(xì)化晶粒提高機(jī)械性能的目的。試驗(yàn)中所用設(shè)備為：MRS10A型摩擦磨損機(jī)，XJD1金相顯微鏡。其中鋁箔為分析純，%，除氣塊為六氯乙烷。成分為硅、鐵、銅、錳、鎂、鉻、鎳、鋅、鈦、其它、鋁，其含量如下表：表21 7075鋁合金的成分元素硅鐵銅錳鎂鉻含量元素鎳鋅鈦其它鋁含量（5）余數(shù) 增強(qiáng)體材料為Al2O3，其為Al與 CuO按其摩爾比為1比1混合均勻壓制成塊，用鋁箔包緊然后投入900℃鋁液中經(jīng)攪拌反應(yīng)得到。本課題立足于實(shí)際應(yīng)用，以現(xiàn)有的鋁合金熔煉工藝為基礎(chǔ)，常規(guī)熔煉設(shè)備即可滿足要求，而且制備的復(fù)合材料熔體可澆鑄成錠或直接澆鑄成零件，制備成本低。通過(guò)測(cè)試硬度和摩擦磨損試驗(yàn)來(lái)表明加入的Al2O3顆粒起到了增強(qiáng)體的作用。尤其是當(dāng)需要大量的增強(qiáng)相時(shí)，合金相將不可避免地被過(guò)量產(chǎn)出，難以被基體所容納，成為材料的有害雜質(zhì)，破壞材料的綜合性能。采用較多的Ti+C或Ti+B反應(yīng)體系由于Ti和B昂貴的價(jià)格使研究人員轉(zhuǎn)而尋求廉價(jià)的原料：利用廉價(jià)的金屬氧化物被鋁還原發(fā)生的鋁熱反應(yīng)來(lái)獲得增強(qiáng)顆粒，制備A1203顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料成為了目前的研究熱點(diǎn)，人們所采用的氧化物包括CuO、Si0TiOZnO、Fe2ONi2O3等。原位反應(yīng)法能夠克服以上問(wèn)題，增強(qiáng)顆粒在基體內(nèi)部生成，表面潔凈，與基體結(jié)合良好，人們對(duì)此進(jìn)行了許多的研究。另外，SiCp/Al復(fù)合材料還適合制作汽車驅(qū)動(dòng)軸、連桿、搖臂等汽車零件。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。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、汽車行駛中的減速、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。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。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。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。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。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。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。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。 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。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。 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。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。 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。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。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。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，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。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。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。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。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。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。同時(shí)，研究開發(fā)新的制備工藝，加強(qiáng)理論基礎(chǔ)研究和試踐探索，并解決復(fù)合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。其他方面，如用于制造假肢、機(jī)械泵工作室、大型耐磨環(huán)等。日本、德國(guó)等己相繼開發(fā)出了適用于高速列車的SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制動(dòng)盤，美國(guó)Ford公司進(jìn)行了鋁基復(fù)合材料轎車制動(dòng)盤的研制和開發(fā)：國(guó)內(nèi)也有關(guān)于采用相關(guān)材料對(duì)摩托車制動(dòng)輪毅和火車、轎車制動(dòng)盤進(jìn)行研制的報(bào)道。鋁基復(fù)合材料在制造飛機(jī)液壓管、直升機(jī)支架和閥體、衛(wèi)星反動(dòng)輪等取得了較好的應(yīng)用效果。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有重量輕、比強(qiáng)度及比剛度高、良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能、熱膨脹系數(shù)低、尺寸穩(wěn)定性好、良好的耐磨性能以及良好的斷裂韌性和抗疲勞性能、良好的高溫性能、在較高溫度下不會(huì)放出污染環(huán)境的氣體、不吸潮、不老化、氣密性好、耐有機(jī)液體和溶劑侵蝕等一系列優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)原材料資源豐富，可用常規(guī)設(shè)備和工藝加工成型，因而成本相對(duì)較低。南京航空航天大學(xué)的朱正吼、葛振寅[25]等采用SiO2/Al體系，將粒徑10～15μm的SiO2粉末與Al粉混合均勻，在模具中輕微冷壓成初坯，利用XDTM工藝，在600℃保溫6h的條件下，成功地制備了A12O3/Al復(fù)合材料：反應(yīng)生成的Si富集在A12O3粒子周圍的基體中，以細(xì)小球形的結(jié)晶體形式析出；A12O3粒子與基體的界面結(jié)合良好，界面形式可能是純物理結(jié)合或共晶界面。蘭州理工大學(xué)的王殿武、寇生中等[24]也對(duì)利用高能球磨試現(xiàn)CuO/Al體系的反應(yīng)進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示：高能球磨使得反應(yīng)劑粉末細(xì)小，彌散均勻分布，有利于反應(yīng)進(jìn)行完全，通過(guò)熱壓反應(yīng)燒結(jié)獲得了致密的復(fù)合材料。生成的A12O3顆粒細(xì)小且分布均勻，但是隨著A12O3顆粒量的增加，反應(yīng)產(chǎn)物銅以網(wǎng)狀CuAl3化合物形式割裂基體，惡化了材料的性能。在眾多的研究中，CuO/Al反應(yīng)體系以及其制備工藝研究較多。結(jié)果[22]表明，在1273K時(shí)CuO/Al體系反應(yīng)狀況良好，生成A12O3顆粒，但顆粒分布不是很均勻；ZnO/Al、SiO2/Al體系在無(wú)其它添加物的情況下不容易發(fā)生反應(yīng)，但當(dāng)加入少量Mg時(shí)，即可發(fā)生反應(yīng)，有MgA12O4生成；而Cr2O3/Al體系無(wú)論是否加入添加物均不發(fā)生反應(yīng)。采用廉價(jià)的原料來(lái)獲得原位增強(qiáng)顆粒，國(guó)內(nèi)外許多科研人員都進(jìn)行了這方面的研究。其缺點(diǎn)是工藝過(guò)程在極短時(shí)間內(nèi)完成，生成增強(qiáng)相數(shù)量較難控制。顆粒分布均勻，同時(shí)還具備噴射成形技術(shù)的快凝組織以及近凈成形的能力。反應(yīng)低壓等離子噴射沉積工藝是將噴射室抽真空后通入等離子氣體（如Ar、He、H等），使氣壓升至數(shù)千帕，并利用等離子弧發(fā)生器使室內(nèi)氣體加熱和電離，在這種高能等離子的轟擊碰撞下，反應(yīng)氣體和噴射的金屬液滴吸收能量而相互發(fā)生反應(yīng)，生成相應(yīng)的陶瓷顆粒，再與剩余的金屬液滴一起沉積后即得到這種陶瓷顆粒增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。