原位自生TiB2/ZL203铝基复合材料的干摩擦磨损行为研究

摘要

颗粒增强铝基复合材料以其优异的物理和力学性能，逐渐受到人们的广泛关注。特别是采用原位合成法制备的颗粒增强铝基复合材料，由于其具有耐高温、耐磨损、耐疲劳等优点，被认为是传统铸造耐磨材料的新选择，并已成为当前研究的热点。探索颗粒增强铝基复合材料的制备技术和研究其干摩擦磨损性能，对于颗粒增强金属基复合材料的设计制备具有理论意义和实用价值。
　　本文探索了采用混合盐反应原位自生法制备原位自生 TiB2颗粒增强 ZL203铝基复合材料（以下简称原位自生TiB2/ZL203复合材料）的新方法，主要研究了原位自生 TiB2颗粒对 xTiB2/ZL203（x=2、6、8、10wt％）复合材料的铸态组织、力学性能及干摩擦磨损性能的影响，解决了外加颗粒增强铝基复合材料中由于组织不均匀、晶粒粗大、界面污染等缺点，导致复合材料的各项力学性能指标不高及耐磨性能不好等问题。
　　晶相组织分析和力学性能测试结果表明：xTiB2/ZL203复合材料中原位自生的TiB2颗粒尺寸细小，弥散分布于基体中。基体的晶粒尺寸随着TiB2颗粒含量的增加而明显减小，复合材料的组织得到细化。复合材料的硬度、抗拉强度和屈服强度随TiB2颗粒含量的增加而显著提高，但延伸率明显下降。当TiB2颗粒含量达到10%时，该复合材料的抗拉强度为433MPa，屈服强度为335MPa，硬度为238HV，较基体分别提高了66％、60％、118％；其延伸率为2.1%，较基体降低了75%。复合材料的断裂机制为微孔聚集型韧性断裂，强化机理为细晶强化、弥散强化、位错增殖强化和晶界强化。
　　复合材料的室温干滑动摩擦磨损试验结果表明：随 TiB2颗粒含量的增加，复合材料的耐磨性显著提高；随外加载荷的增加、滑动速度的提高及滑动时间的延长，复合材料的磨损量呈上升趋势，且 TiB2颗粒含量越高，磨损量的增大趋势越不明显；复合材料的磨损量整体上低于基体合金。磨损表面、亚表面及磨屑的分析结果表明，基体和复合材料的磨损现象都是若干种摩擦机制综合作用的结果，随着摩擦条件的改变，材料的磨损机理也随之变化。基体 ZL203合金的摩擦机制以粘着磨损为主，伴随有氧化磨损和剥层磨损；复合材料的摩擦机制以磨粒磨损为主，伴随有粘着磨损和剥层磨损。复合材料的耐磨性高于基体合金的原因在于TiB2增强颗粒的加入，TiB2颗粒在复合材料的摩擦过程中起着双重作用，在破裂失效前，起减轻基体粘着的作用；在脱落失效后，起加重磨粒磨损的作用。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2铝基复合材料概述

1.3颗粒增强铝基复合材料的制备方法

1.4原位增强金属基复合材料的发展概况

1.5原位增强金属基复合材料的干摩擦磨损性能研究现状

1.6研究的目的、意义及研究内容

第2章 材料和试验方法

2.1材料准备

2.2试验设备和仪器

2.3反应原理

2.4试验方法

2.5材料的微观组织观察和力学性能测试

第3章 原位自生TiB2/ZL203复合材料的组织和力学性能

3.1复合材料的成分与相组成

3.2复合材料的铸态组织

3.3原位自生TiB2颗粒对复合材料组织的细化机理

3.4复合材料的室温力学性能

3.5复合材料的断口形貌分析

3.6复合材料的断裂机理分析

3.7复合材料的强化机理

3.8本章小结

第4章 原位自生TiB2/ZL203复合材料的干摩擦磨损性能

4.1引言

4.2试验过程

4.3试验结果与分析

4.4本章小结

第5章 摩擦磨损机理分析

5.1引言

5.2不同摩擦条件下的摩擦机制

5.3 摩擦表面材料转移层分析

5.4磨损亚表层分析

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致 谢

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