TiB2/Al复合材料的组织性能研究进展

TiB2/Al复合材料是一种很有潜力的复合材料,在耐磨、航空航天等领域有着广阔的应用前景.复合材料的性能除了取决于基体和增强体外,还与制备材料所用的工艺有关.综述了采用不同工艺制备的TiB2/Al复合材料的显微组织、力学性能和摩擦磨损性能,详细介绍了采用不同工艺制备出的TiB2/Al复合材料组织性能的特点,并展望了其研究趋势.     

石墨颗粒含量对(Grp+Al2O3-SiO2f)/ZL109混杂复合材料摩擦磨损性能的影响

利用挤压铸造法制备了硅酸铝短纤维(Al2O3-SiO2f)和石墨颗粒(Grp)混杂增强ZL109铝合金复合材料,并研究了石墨颗粒含量对该混杂复合材料摩擦磨损性能的影响规律.结果表明:石墨颗粒在混杂复合材料中可以起到明显的自润滑作用,特别在干摩擦高速磨损条件下其作用更为明显.当石墨颗粒含量超过5～8%时,混杂复合材料的摩擦系数保持在一个稳定的低值.无论在干摩擦还是在油润滑磨损条件下,单一硅酸铝短纤维增强复合材料的耐磨性较基体大幅度提高,而经石墨颗粒混杂后复合材料的耐磨性进一步提高,其含量在5～8%之间时其相对耐磨性取得最高值,而增强体更有利于复合材料干摩擦磨损性能的提高.     

SiCp/Al复合材料-半金属刹车材料干摩擦磨损性能研究

采用无压浸渗法制备15%(体积分数,下同),25%,35%,45%,55%的SiC颗粒(45,63μm)增强的铝基复合材料(SiCp/Al).在M-200型环块式磨损试验机上研究了SiCp/Al复合材料、灰铸铁(HT250)分别与半金属刹车材料配副的干摩擦磨损性能.结果表明,颗粒体积分数对复合材料摩擦系数的影响显著,而颗粒尺寸对复合材料摩擦系数影响不大.当颗粒体积分数从15%上升到55%时,SiCp(45μm)/Al复合材料的摩擦系数从0.319升高到0.385,提高20.7%,SiCp(63μm)/Al复合材料的摩擦系数从0.303升高到0.359,提高18.5%,且SiCp/Al复合材料摩擦系数的稳定性优于铸铁.HT250-刹车材料摩擦副的磨损率为7.09×10-6cm3m-1,是55%SiCp(45μm)/Al-刹车材料摩擦副的2.2倍,是55%SiCp(63μm)/Al-刹车材料摩擦副的2.7倍,SiCp/Al-刹车材料摩擦副的耐磨性明显优于铸铁-刹车材料摩擦副. SiCp/Al-刹车材料摩擦副的磨损率随着颗粒尺寸的增加而降低.     

三维网络Al2O3增强球墨铸铁基复合材料摩擦磨损性能

采用SRV摩擦磨损试验机研究了球墨铸铁及三维网络Al2O3增强球墨铸铁基复合材料的干摩擦磨损性能,测量了球墨铸铁和复合材料在不同摩擦频率及载荷下的摩擦系数和磨损率;用扫描电镜观察磨损表面形貌,并分析了三维网络Al2O3对复合材料磨损机制的影响.结果表明:陶瓷与金属基体之间具有良好界面结合的三维网络Al2O3/球墨铸铁复合材料,其摩擦系数随载荷和摩擦频率的变化保持稳定;复合材料的耐磨性能远优于球墨铸铁,而且随着摩擦频率和载荷的增加,复合材料的抗磨损性能明显提高.这是由于复合材料中陶瓷与金属相之间三维空间结构和良好的界面结合有利于摩擦载荷的传递;金属基体中的石墨减摩作用保持摩擦系数的稳定;三维陶瓷骨架在磨损表面形成硬的微突体并起承载作用,制约了基体的塑性变形和高温软化,有利于磨损表面氧化膜的留存.     

Al含量对Al-Fe-Si/Al原位复合材料的影响

采用粉末冶金瞬时液相烧结法制备Al-Fe-Si/Al原位复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)以及M-2000型磨损试验机研究Al含量对原位复合材料的微观结构、硬度和耐磨性的影响。结果表明:随着Al含量的增加,粗大FeAl相消失,针状的金属间化合物增强体Al0.5FeSi0.5长大成短棒状。当Al质量分数为77%时,细小的短棒状Al0.5FeSi0.5增强相弥散分布在基体中,复合材料硬度HV具有最高值283.7,其硬度约是纯铝的8倍,铝硅合金的2.5倍;复合材料的耐磨性约为纯铝的6.6倍,铝硅合金的4.5倍;耐磨性能最佳,磨损率为0.3781%,磨损机制为磨粒磨损。     

Al2O3·SiO2颗粒增强铝基复合材料的摩擦磨损特性

对用挤压铸造法制备出的Al2O3@SiO2颗粒增强铝基复合材料在不同条件下的摩擦磨损特性进行了研究.结果表明:Al2O3@SiO2颗粒的加入可提高复合材料的耐磨性,复合材料同基体铝合金相比摩擦因数也较低.在较低载荷和滑动速度下,该复合材料的耐磨性明显优越于基体铝合金,摩擦因数也稳定地低于基体铝合金;而在较高载荷和滑动速度下,同基体铝合金相比,复合材料耐磨性的改善有所降低,但摩擦因数仍可以保持较低的水平.这是由于随着载荷和滑动速度的变化,复合材料的磨损机制发生了转化.对Al2O3@SiO2颗粒在摩擦磨损过程中所起到的作用进行了分析.     

三维网络SiC对铝合金干摩擦磨损性能的影响

用销-盘式高温摩擦磨损实验机研究了LF3铝合金及三维网络SiC(体积分数分别为10％、20％、30％)增强LF3铝基复合材料的干摩擦磨损性能，测量了复合材料及基体合金在室温和高温(25-300℃)条件下的摩擦系数和磨损率，用扫描电镜(SEM)观察其磨损表面，研究了三维网络SiC对铝合金磨损机制的影响．结果表明：复合材料的干摩擦磨损性能远优于基体合金(LF3)，而且随着温度的升高，复合材料的抗磨损性能明显提高．三维网络SiC在磨损表面形成硬的微凸体起承载作用，同时其独特的结构制约基体合金的塑性变形和高温软化，并保护在磨损表面形成的氧化膜．在相同实验条件下，复合材料的摩擦系数、磨损率随着增强体的体积分数的增加而降低．复合材料的摩擦系数在滑行过程中的稳定性明显高于基体合金．     

Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2复合叠层陶瓷材料摩擦磨损性能

将Al2O3-TiC陶瓷材料与具有固体润滑特性的Al2O3-TiC-CaF2陶瓷材料进行叠层,通过真空热压烧结制备Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2复合叠层陶瓷材料.在环盘式摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损实验,研究该材料在不同载荷、转速条件下的摩擦系数和磨损率,分别用SEM及EDS观察材料磨损前后的微观形貌和分析其成分组成,研究其磨损机制.结果表明:在相同载荷条件下,Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2复合叠层陶瓷材料的摩擦系数和磨损率随着转速的升高而下降,在相同转速条件下,其摩擦系数和磨损率随着载荷的增加而下降;Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2复合叠层陶瓷材料的磨损机制主要是磨粒磨损和黏着磨损.     

铸型尼龙及其复合材料的摩擦学性能和晶型转变

利用 MM- 2 0 0摩擦磨损试验机研究了在干摩擦和水润滑条件下铸型尼龙 (MC尼龙 )及其复合材料的摩擦磨损性能 ,并利用红外光谱分析了材料在不同磨损条件下发生的物理化学变化。研究结果表明 ,在干摩擦条件下 ,当载荷与速度的积 (pv值 )小于 84 N.m/s时玻璃纤维增强 MC尼龙复合材料(GF/MC)的摩擦系数和磨损率都比 MC尼龙低 ;当 pv值大于 84 N.m/s时 ,GF/MC的摩擦系数略高于MC尼龙 ,而磨损率则远大于 MC尼龙 ,随 pv值的改变 ,磨损机理发生了变化。在水润滑条件下二者的摩擦系数降低 ,GF/MC的耐磨性比纯基体显著提高。光谱分析表明 ,MC尼龙及其复合材料在摩擦过程中会发生晶型转变 ,在干摩擦后 α晶型减少 ,γ晶型增多 ,在水润滑后 α晶型增多 ,而 γ晶型减少     

PTFE微粉/CF改性PEEK复合材料的摩擦磨损性能

为解决核电水循环系统中鼓型旋转滤网驱动装置的耐腐蚀问题,本文研究了碳纤维和聚四氟乙烯微粉改性的聚醚醚酮复合材料在干摩擦、水润滑和油润滑条件下的摩擦磨损性能.通过机械共混、高温模压的方法,制备了不同质量分数的聚四氟乙烯(PTFE)微粉/碳纤维(CF)/二硫化钼(MoS_2)/聚醚醚酮(PEEK)复合材料.采用拉伸试验机和塑料洛氏硬度计测试其力学性能,采用摩擦磨损试验机测试了复合材料在干摩擦、水润滑和油润滑条件下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜对其摩擦表面形貌进行分析.结果表明:复合材料在水润滑和油润滑时摩擦系数及磨痕宽度均较小,但水润滑时摩擦系数波动幅度较大且磨痕宽度略高;复合材料在干摩擦条件下的磨损机制以磨粒磨损为主,伴有疲劳磨损,油润滑时摩擦面可形成连续的润滑膜而保持光滑,水润滑时水流冲刷破坏了摩擦面上固体润滑膜的稳定性;CF质量分数增加时,复合材料的洛氏硬度和压缩强度递增,压缩强度达到164 MPa,PTFE微粉质量分数增加时,复合材料的洛氏硬度和压缩强度递减;CF质量分数增加时,复合材料的干摩擦系数及磨痕宽度下降,PTFE微粉质量分数增加时,复合材料的干摩擦系数下降,达到0.17.     

铝基复合材料摩擦磨损性能研究

为研究碳纤维对Al1O3f/ZL109复合材料摩擦磨损性能的影响,进一步提高金属基体的摩擦磨损性能,利用液态模锻法制备了(Cf,Al2O3f)/ZL109复合材料,并研究了该材料的摩擦磨损性能.结果表明:各种(Cf,Al2O3f)/ZL109复合材料的磨损量均随载荷的增加而增大,但复合材料的磨损量均低于ZL109基体,且在总纤维体积分数为12%的复合材料中,(4?,8%Al2O3f)/ZL109复合材料具有最低的磨损量;各种(Cf,Al2O3f)/ZL109复合材料的摩擦因数均随载荷的增加而减小.(Cf,Al2O3f)/ZL109复合材料的耐磨性由碳纤维与氧化铝纤维性能及基体共同决定.     

铝/石墨复合材料高速高温下的摩擦磨损特性

本文研究了用中间法新工艺制造的铝石墨复合材料在高速高温下的摩擦磨损特性。试验在销盘式试验机上进行。滑动线速度最高达9.4米/秒。在2米/秒干摩擦时,所有测试的复合材料磨损量均小于基体合金。200℃时,含石墨2～5%的复合材料磨损量也此基体合金小。在9.4米/秒干摩擦时,含石墨2%的复合材料耐磨性能最好。以前曾有报导:滑动线速度大于1米/秒,铝石墨复合材料的磨损量大于基体合金[12,13]。本文认为新工艺制造的复合材料在9.4米/秒的高速摩擦时摩擦系数和磨损量下降是由于石墨与基体界面结合良好。      

Heat treatment and wear characteristics of Al/SiCp composites fabricated by duplex process

This study was undertaken to investigate the effects of alloying elements and heat treatment on the microstructures, wear resistance, and heat resistance of Al–Si–Cu–Mg–(Ni)/SiC_p composites fabricated by a duplex process that consists of squeeze infiltration (1st step) followed by squeeze casting (2nd step). This duplex process produces a homogeneous distribution of SiC_p in Al alloy. The hardness of the composites increased with decrease in SiC_p size, and also with Ni addition in both the as-cast and the as-aged specimens. Compared with 5 and 10 μm SiC_p reinforced Al composites, the aging time to obtain the peak hardness was shortened for 3 μm SiC_p reinforced Al composite, because of higher density dislocations on the periphery of SiC_p in the matrix. However, the Al composite reinforced with 10 μm SiC_p was found to have the lowest wear amount as compared with 3 and 5 μm SiC_p composites. The amount of wear in Al/SiC_p composites decreased with increase of the sliding speed because abrasive wear occurred under low sliding speed and block-type wear debris occurred under high sliding speed.     

Sliding wear of Al2O3P/6061 Al composite

The mild sliding wear behaviour of a 15 vol % Al₂O_3P/6061 Al composite has been investigated by using a pin-on-disc reciprocating sliding machine. The composite has been shown to exhibit an excellent wear resistance as compared to the unreinforced matrix alloy. The wear rate of the composite under dry wear conditions with a 12N load is approximately one tenth of that in the 6061 aluminium alloy. The wear rate of the composite under lubrication with 15W/40 gear oil under a 100N load is only one thousandth ofthat in the 6061 aluminium alloy.The dry wear resistance of an over-aged sample is shown here to be better than a peak aged or under-aged sample when the composite was aged at 160°C. The coefficient of friction of the composite was approximately 0.5–0.6 under dry conditions and 0.07 in lubricated wear experiments.In the initial stage, the worn surface of the composite under dry conditions is primarily composed of ploughed grooves and ductile tear. The composite makes a conducting contact with the steel pin. The worn surface is composed of compacted powder and the contact potential gradually increases when the period of the wear experiment goes beyond 2 h.     

TiB2／Al自润滑复合材料在动压马达零件上的应用研究

复合材料组织致密，颗粒分布均匀．与基体结合紧密．具有较高的弹性模量和抗弯强度。室温下与GCr15轴承钢对磨时其摩擦系数在0．2左右．自磨时摩擦系数在0．08左右．摩擦表面没有明显的粘着或犁削痕连．磨损率明显低于SiCr／Al复合材料和GT35合金．呈现出较好的自润滑性能。     

SiC 和Gr 颗粒混杂增强Al 基复合材料的摩擦磨损特性的研究

比较了SiC 和Gr 颗粒混杂增强Al 基复合材料的干摩擦磨损行为, 并与单一SiC_P 和单一G_rP 增强Al 基复合材料的相应行为进行了比较。结果表明, 在低载荷(< 30 N ) 时, SiC_P 和G_rP 能协调作用, 使混杂复合材料的摩擦系数和磨损率均比单一SiC_P 和G_rP 增强复合材料低。在较高载荷(30～ 120 N ) 时, 混杂复合材料磨损以剥层磨损机制为主, 摩擦系数比单一SiC_P 增强复合材料低, 磨损率比单一G_rP 增强复合材料低得多, 比单一SiC_P 增强复合材料高。混杂复合材料对偶件的磨损比单一SiC_P 增强复合材料低得多。      

The fabrication and wear properties of C/Al and (C + SiC)/Al composites based on wood template

Wood with its rational and magical inner structures was used as a template to fabricate C/Al and (C + SiC)/Al composites in this research. The carbon frame was first pyrolyzed from the wood template. The final composites were then obtained by infiltrating Al alloy and silicone resin into the carbon frame. The microstructures and the wear properties of these products were analyzed. The results show that the structures of the C/Al and (C + SiC)/Al composites are controlled by the natural structures of the wood. Moreover, the carbon in the composites reduced the wear rate of the Al alloy as an efficient lubricant. Compared with the C/Al composite, the (C + SiC)/Al composite shows better wear resistance because of silicon carbide.     

SiCp/Al复合材料微弧氧化膜的组织结构及性能

采用微弧氧化技术对SiC体积分数分别为17vol%和55vol%的两种SiCp/Al复合材料进行处理。分析了两种材料微弧氧化膜的组织、形貌、相组成,测定了膜层的粗糙度、显微硬度、结合力,考察了膜层的耐磨和耐蚀性。结果表明:SiC的含量对SiCp/Al复合材料微弧氧化膜的表面形貌、粗糙度、相组成、结合力及摩擦磨损性能均有影响。17vol%SiCp/2009Al复合材料的微弧氧化膜较55vol%SiCp/6061Al复合材料更平整,微孔大小更均匀。55vol%SiCp/6061Al复合材料的微弧氧化膜的粗糙度(3.308 μm)比17vol%SiCp/2009Al复合材料(2.140 μm)大,表面熔融物堆积更多。两种材料的微弧氧化膜中均含有Al、Si、O、C、W等元素。55vol%SiCp/6061Al复合材料的微弧氧化膜中Mullite(SiO₂-Al₂O₃)相、α-Al₂O₃相、β-Al₂O₃相较多。17vol%SiCp/2009Al复合材料的微弧氧化膜的结合(38.55 N)较55vol%SiCp/6061Al(11.5 N)复合材料好。55vol%SiCp/6061Al复合材料的微弧氧化膜摩擦系数较大,磨损较严重。微弧氧化处理能有效改善两种SiCp/Al复合材料的耐蚀性。      

Mg_2B_2O_(5W),SiC和Gr颗粒增强6061Al基复合材料的摩擦磨损行为

采用粉末热挤压法制备2%Mg2B2O5w/6061Al,2%Gr/6061Al,2%SiCp/6061Al,2%Mg2B2O5w+2%Gr/6061A,2%Mg2B2O5w+2%SiCp/6061Al,2%Mg2B2O5w+2%Gr+2%SiCp/6061Al单一及混杂增强的铝基复合材料,并对其耐磨性和摩擦行为进行研究。结果表明:随着载荷的增大,各种复合材料的磨损率均增大,石墨的添加增大了铝基复合材料的磨损率;复合材料的摩擦因数随载荷的增大而降低并趋于稳定,摩擦因数均介于0.22~0.32之间。未加入石墨的复合材料的磨损机制以磨料磨损和轻微的黏着磨损为主,加入石墨后复合材料的磨损机制转变为剧烈的黏着磨损。     

球磨-转喷微注法制备纳米Al2O3颗粒/Al(7075)复合材料的组织及磨损特性

采用球磨-转喷微注相结合的新工艺制备纳米Al₂O₃颗粒(Al₂O_3p)/Al(7075)复合材料,设计一种转喷微注装置,该装置能将连续、微量的纳米Al₂O_3p注入到Al熔体中。观察纳米Al₂O₃增强相对Al(7075)基体合金材料微观组织的影响,并测试Al(7075)基体和纳米Al₂O_3p/Al(7075)复合材料的磨损特性。对纳米Al₂O_3p/Al(7075)复合材料和Al(7075)基体在不同载荷(15 N、25 N和35 N)下的磨损特性进行对比研究。结果表明:球磨-转喷微注法制备的纳米Al₂O_3p/Al(7075)复合材料晶粒较小,且增强相在基体中分布均匀且结合良好;随着载荷增大,纳米Al₂O_3p/Al(7075)复合材料磨损量的上升趋势慢于Al(7075)基体。载荷为35 N时,纳米Al₂O_3p/Al(7075)复合材料的磨损量较Al(7075)基体少,磨屑尺寸较小,其耐磨性能明显改善,这主要得益于纳米Al₂O_3p的支撑作用和材料的细晶强化作用。