【正文】 的振幅，而復(fù)合材料隨著滑動時(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。這主要是由于：隨著載荷的增加，材料摩擦面間犁削和粘著作用加劇，導(dǎo)致磨損面上的機(jī)械混合層破裂、脫落，失去對基體的保護(hù)作用，接觸面的真實(shí)接觸面積增加，變形程度加劇，摩擦系數(shù)也隨之加大，并且在摩擦過程中極其不穩(wěn)定?？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。（a）A00試樣 純鋁（b）1試樣（鋁錳合金）（c）2試樣（鋁錳復(fù)合材料）圖47 干態(tài)下，三種材料在載荷80N時(shí)，磨損42min后的磨損面形貌照片有這樣的結(jié)果主要是由于錳元素和Al2O3顆粒起到對基體材料的強(qiáng)化作用，合金和復(fù)合材料硬度都得到提高，使材料亞表面塑性變形減輕；同時(shí)合金中由于錳元素的加入，產(chǎn)生了難磨掉的鋁錳間化合物，起到了承受載荷，限制對磨見與鋁基體直接接觸的作用，保護(hù)了較軟鋁材料；同樣復(fù)合材料是在合金的基體上有加入了細(xì)小的Al2O3顆粒，使得摩擦面上的載荷比較平均的被硬質(zhì)的Al2O3顆粒和鋁錳間化合物承受，保護(hù)著基體材料，提高材料的耐磨性，從而使磨損率和摩擦系數(shù)保持在低的水平。（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(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。當(dāng)載荷增加到140N時(shí)，圖4（a）中A00試樣出現(xiàn)了更大面積的破壞區(qū)，粘著磨損的更加嚴(yán)重；圖4（b、c）中可以看出2試樣（復(fù)合材料）磨損面隨著載荷增加破損也加劇，出現(xiàn)了較大面積的破壞面，但是深度都比較淺，相對的還是保持比較的光整，可是1（合金）磨損面出現(xiàn)了表層材料脫落留下的大面積較深凹坑。說明合金的磨損機(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49 干態(tài)下，三種材料在載荷140N時(shí)，磨損42min后的磨損面形貌照片總的來說，純鋁在80N載荷下，材料在摩擦副之間發(fā)生大面積轉(zhuǎn)移（主要是純鋁向?qū)δヅ技D(zhuǎn)移），如圖41（a）,此時(shí)粘著磨損起到主要作用。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。其原因?yàn)椋海?）硬質(zhì)的鋁錳間化合物起和Al2O3顆粒到了強(qiáng)化作用，提高了復(fù)合材料的硬度（如表33），減緩了材料磨損面由摩擦熱所產(chǎn)生的軟化，減輕了磨損面亞表面的塑性變形。, 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。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?。浑S著時(shí)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。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水體成分，水化學(xué)類型為SO4Ca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），㎜。式樣磨蝕實(shí)驗(yàn)在M22000型試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，濕磨蝕示意圖如圖51所示：圖51 濕磨蝕示意圖磨蝕液隨著漏斗以一定速度滴下，保證了接觸面充滿磨蝕液，使式樣能在室溫帶磨粒高礦化水環(huán)境下進(jìn)行磨蝕。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；1試樣和2試樣的濕磨蝕率都是隨著載荷增加而增加。%，同時(shí)在各載荷下，表現(xiàn)優(yōu)異的耐磨性能。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(shí)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(shí)，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。圖55 AlMn合金（1）及其復(fù)合材料（2）在50N下濕磨蝕磨摩擦系數(shù)與摩擦?xí)r間的變化曲線從圖55中可以看出：在載荷50N下，1試樣（鋁錳合金）和2試樣（復(fù)合材料）在濕磨下的摩擦系數(shù)在摩擦的前期基本相同，隨著摩擦?xí)r間推移，兩種材料都是慢慢的下降到某一比較穩(wěn)態(tài)的值，以后變化的都很少，保持比較的平穩(wěn)，2試樣（復(fù)合材料）的穩(wěn)定摩擦系數(shù)要低于2試樣（合金），說明了在50N載荷下，%%Mn合金，表現(xiàn)良好的耐磨性能。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。在較低載荷下，帶顆粒磨蝕液的摩擦系數(shù)隨著載荷時(shí)間先下降后慢慢的穩(wěn)定，而干磨系數(shù)是先下降隨后具有上升的趨勢；在較高載荷下，帶顆粒磨蝕液的摩擦系數(shù)先下降而后變的很不穩(wěn)定。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(shí)自身產(chǎn)生磨?；瑒幽Σ?，而且水有助于將磨屑帶走，造成材料的磨損。從圖58(a)中可以看出，A00試樣（純鋁）在50N載荷下摩擦42min 后的摩擦表面存在很多塑性變形區(qū)，同時(shí)還有劃痕和腐蝕口，整體的表面破壞比較嚴(yán)重，純鋁的磨損機(jī)制是粘著磨損和顆粒磨損；從圖58(b、c)中可以看出，1試樣（合金）和2試樣（復(fù)合材料）的摩擦表面也存在一些劃痕，1試樣（合金）摩擦表面有一定面積的腐蝕面，在三種材料中，2試樣（復(fù)合材料）摩擦表面是比較平整、光滑的，如磨損率和摩擦系數(shù)所示，合金和復(fù)合材料的主要磨損機(jī)制是顆粒磨損。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。這主要是因?yàn)椋涸诓牧显跐衲ノg時(shí)，摩擦表面間存在磨蝕液，水的存在降低了因摩擦產(chǎn)生的熱量，使材料不會因?yàn)闇囟壬叨箒啽砻孳浕?，?dǎo)致剝層磨損；但同時(shí)磨蝕液中存在顆粒加入到摩擦表面中，為摩擦提供了磨粒，導(dǎo)致主要的磨損機(jī)制主要是顆粒磨損。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(jī)制，同時(shí)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(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。（2）A00鋁、%Mn合金、%Mn復(fù)合材料在室溫濕磨蝕下的摩擦磨損性能與載荷、時(shí)間等試驗(yàn)因數(shù)有著重要聯(lián)系。%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。在兩種環(huán)境下，%%Mn復(fù)合材料摩擦系數(shù)在較低的載荷下沒有什么區(qū)別，但是隨著載荷的增加，材料濕磨蝕的磨損率明顯的都大于干磨情況下的；復(fù)合材料在濕磨蝕下的摩擦系數(shù)也都大于大于干磨情況下，%Mn復(fù)合材料隨著環(huán)境的變化，磨損率和摩擦系數(shù)變化的最少，還是表現(xiàn)良好的耐磨性能。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(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磨損性能等方面進(jìn)行了對比分析研究。（2）由于Al2O3顆粒增強(qiáng)相的加入，能夠?yàn)榛w材料承受很大的外部應(yīng)力，%Mn合金，%Mn復(fù)合材料的硬度提高了很多。%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。（4）不管在干磨還是濕磨蝕下，A00鋁、%Mn合金、%Mn復(fù)合材料在室溫下的摩擦磨損性能與載荷、時(shí)間等試驗(yàn)因數(shù)有著重要聯(lián)系。（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。（6）不管在干磨還是濕磨蝕下，%Mn復(fù)合材料在室溫下的摩擦磨損過程以磨粒磨損機(jī)制為主，隨著載荷的增加，還伴隨著輕度的剝層磨損，相對于其他的兩種材料磨損程度，%Mn復(fù)合材料是最輕的磨損破壞，體現(xiàn)了良好的耐磨性能。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。（2）通過試驗(yàn)的大量數(shù)據(jù)制作出相應(yīng)的模型，為以后鋁基復(fù)合材料的滑動摩擦磨損提供比較有效的模型數(shù)據(jù)支持。參考文獻(xiàn)[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 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