Al-SiO2-Mg系Al铝基复合材料的磨损性能分析(3)
1.1.3 滑动路程
一般而言，随时间的延续合金的磨损会有跑合、稳定磨损和失稳磨损三个阶段，所以磨损是一个累积破坏的过程。Schroder[13]等人通过实验得出，一般情况下，复合材料的跑合距离为10~500m，磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损的混合磨损，复合材料磨损率随增强体体积分数增大而降低，随粒度增大而升高。若磨粒在滑动过程中条件保持不变，如磨粒不变圆钝或碎裂，则磨损量与滑动距离一般是成正比的，否则磨损量将有所改变。在一定的载荷和滑动速度等条件下，随着滑动距离的逐渐增加，由于热软化或疲劳等原因，复合材料的磨损可能会发生突变。
1.1.4 温度
当前关于颗粒增强金属基复合材料摩擦磨损的研究主要偏重于室温磨损, 而在高温条件下材料会表现出不同的磨损行为。Singh等[14]研究20vol.%Al2O3/6061复合材料在25℃~500℃的温度范围内的磨损行为, 发现存在一个对应于材料发生严重磨损的临界温度, 超过该温度时, 材料将发生粘着、熔焊等, 导致复合材料耐磨性下降。主要原因是过高的温度条件引起的基体软化抵消了颗粒对复合材料高温力学性能的增强作用, 而使粘着磨损成为主导颗粒增强铝基复合材料耐磨性的主要机制。另外也有研究发现当温度不太高时，适当提高环境温度可使从配偶件脱落的颗粒氧化, 起到固体润滑作用而降低材料的磨损率[15]。由此得到的启示是，在高温磨损的条件下，颗粒增强金属基复合材料中除要发挥硬质陶瓷颗粒对材料高温强度的增强作用之外, 引进适量的自润滑颗粒还能减轻粘着磨损的程度, 设计相应的混杂增强复合材料体系是满足这一应用条件的重要手段。
1.1.5 内部因素
影响颗粒增强金属基复合材料耐磨性能的材料因素包括颗粒种类、颗粒含量、颗粒尺寸以及基体种类和热处理状态等。在不同的磨损条件下，这些因素对复合材料耐磨性具有不同的影响规律。研究发现，颗粒增强金属基复合材料中不同种类的颗粒增强物对材料耐磨性有不同的增强效果。Stao 等[10]的研究表明， SiC、TiC、Al2O3和Si3N4等颗粒增强物使铝基复合材料的耐磨性提高4~ 10 倍， 而当增强物为MgO、BN等较软的颗粒时，复合材料的耐磨性反而降低了。研究发现,该复合材料为弱界面结合, 且在界面附近有较大的应力集中, 当颗粒含量过高时界面脱粘的效果超过了颗粒对耐磨性的增强效果, 使得复合材料的耐磨性下降。颗粒尺寸对颗粒增强金属基复合材料耐磨性的影响在不同的载荷条件下有不同的规律。Alpas 等[16]认为，增大颗粒尺寸可提高颗粒增强金属基复合材料的耐磨性, 因为较低载荷时，大的颗粒增强物可以更好地保护基体，减轻其被配偶件刮擦而发生材料转移的程度。基体的种类、成分以及热处理状态对颗粒增强金属基复合材料的耐磨性也有很大的影响。卢德宏等[17]制备了SiC和Gr 混杂增强纯铝和各种铝合金基复合材料，发现基体的塑性决定了复合材料的耐磨性。
1.2 磨损机理
颗粒增强金属基复合材料的摩擦磨损过程很复杂, 在不同的外部条件下可能出现不同的磨损破坏特征。根据材料磨损破坏的程度和过程的不同, 归纳了氧化磨损、磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、微动磨损等五种机制，在许多情况下，磨损机制并不是以单一的形式出现，而是以一、两种为主，几种不同磨损机制同时存在的综合表现，所占比例在不同的磨损时间段有所不同。
1.2.1 氧化磨损
氧化磨损机制通常在载荷和滑动速度较低的条件下发生, 对应于颗粒增强金属基复合材料的轻微磨损阶段。该机制往往伴随着对摩面微突体的相互刮擦作用以及少量从复合材料磨损表面脱落的颗粒所引起的三体磨损。由于摩擦过程中局部区域的闪温可以达到很高的值[18], 使得这些来自两接触面的微粒发生氧化。氧化磨损机制产生的磨屑通常比较细小, 并有大量的氧化物存在。
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