Al-SiO2-Mg系Al铝基复合材料的磨损性能分析(2)
5.1典型磨损的三个阶段 18
5.2 Al-SiO2-Mg系的磨损机理 19
6 结论 20
致 谢 22
参考文献 23
1 引言
铝及铝合金材料越来越成为工业主要的结构用材，其发展应用与工业的发展息息相关，铝及铝合金具有一系列优点，在航天、航空、船舶、核工业及兵器工业等有着广泛的应用前景及不可替代的地位，因而铝和铝合金的研制技术被列为国防科技关键技术及重点发展的基础技术。科技的迅猛发展不断对材料的性能提出新的、高的要求，铝在制作复合材料上有许多特点，如质量轻、密度小、可塑性好，而铝基复合技术容易掌握，易于加工等。此外，铝基复合材料比强度和比刚度高，高温性能好，更耐疲劳和更耐磨，阻尼性能好，热膨胀系数低，同其他复合材料一样，它能组合特定的力学和物理性能，以满足产品的需要 [1,2]。颗粒增强铝基复合材料，顾名思义是指在铝基的基础上附加增强颗粒，来制备性能更优良的材料，基于颗粒增强铝基复合材料具有优越的力学性能、物理性能和工艺性能等，其应用领域也在不断拓展，国内从80年代中期开始投入了大量财力致力于颗粒增强铝基复合材料的研究，并已在航空航天、电子等领域取得广泛应用[3, 4]。早在20世纪60年代，金属基复合材料出现不久便有了有关金属基复合材料在摩擦学方面的研究与应用，在相当长的时间内，这方面的进展缓慢。随着科学技术在近几年的发展，高科技工业及民用工业对新材料的需求越来越大，尤其是金属基复合材料作为耐磨部件方面的研究受到了广泛的关注，已成为一种发展趋势。目前，金属基复合材料主要应用于耐磨部件，已经在一些工程中得到应用，如日本丰田公司的柴油发动机铝活塞应用最广，其以氧化铝和氧化硅纤文增强的铝合金替换了原有的铸铁或镍合金作为活塞侧缘耐磨表面，使用性能相当好[5]。
1.1 颗粒增强铝基复合材料的摩擦磨损性能
复合材料的组织是非平衡的多相组织，因此其摩擦磨损的过程及其复杂，基体、增强相有着不同的摩擦磨损机理，且增强相与基体之间也存在强烈的交互作用，因此，复合材料干摩擦性能的影响因素有很多。
1.1.1 外加载荷
在一般情况下，磨损量与载荷成正比[6，7，8]。陈登斌[9]等人用熔体原位反应法制备了内生Al2O3和Al3Zr颗粒增强铝基复合材料, 结果表明，随着载荷的增加,基体合金和复合材料的磨损量都随之增大, 但是基体合金的磨损量增加幅度大于复合材料的, 同时每一载荷下滑动相同时间复合材料的磨损量也远小于基体合金。( Al2O3+ Al3Zr)p /Al-22Si复合材料和Al-22Si基体合金的摩擦因数都随载荷增大而降低, 但是在相同条件下，前者的摩擦因数要低于后者。而随着Al2O3 + Al3Zr体积分数的增加,( Al2O3+ Al3Zr ) p / Al-22Si复合材料的摩擦因数也有所降低, 在载荷在20~100N范围内，复合材料摩擦因数的变化幅度要小于基体合金, 表现出比基体合金更稳定的摩擦行为。
1.1.2 滑动速度
滑动速度对摩擦性能的影响也很大，磨损条件和环境的改变也会使滑动速度对磨损的影响产生不同的结果。Sato等[10] 发现分别由15vol.%SiC 、20vol.%SiO2颗粒增强的铝基复合材料, 其磨损率随着滑动速度的增大而下降，而对15vol.%Al2O3和15vol.%TiC颗粒增强的铝基复合材料, 滑动速度则对磨损率没有影响。Wang 等[11] 发现在较低的滑动速度下, 相对速度增加使颗粒增强材料的稳态磨损率下降。涂江平[12]等人利用环块磨损试验机在干摩擦条件下研究了铸态与T6处理态Al18B4O33晶须增强AC4C铝基复合材料的摩擦磨损行为，结果表明，在低载荷及低滑动速度下，速度增大导致磨损率和摩擦系数提高，随着滑动速度的继续增大，在磨损表面生成的氧化膜和表层的应变硬化作用有助于复合材料的磨损率和摩擦系数的降低。
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