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1、内蒙古工业大学本科毕业论文 本科毕业论文题 目：Al2O3/7075基复合材料的摩擦磨损性能研究摘 要颗粒增强铝基复合材料因其特有的比重轻、比强度与比模量高、耐磨及耐高温等优良性能，在航空航天、电子和汽车制造等行业中具有广阔的应用前景。研究了原位反应生成A1203制备颗粒增强铝基复合材料的工艺，其制备条件是:熔体温度900，CuO粉末与Al粉混合均匀，压制成块，加入铝液中搅拌，扒去表面的浮渣，将熔体浇铸到预热的模具中，快速冷却。颗粒是在基体内部原位反应生成，颗粒细小，表面洁净，与基体结合良好。 将试样切割成块，在摩擦磨损机上分别设置20N，30N，40N，50N和转速为80r/min, 100
2、r/min, 110r/min, 120r/min摩擦600s后称量其磨损量。研究表明加入8% A1203后硬度和磨损性能大大提高，表面磨痕变浅。关键词：原位反应；颗粒增强体；磨损性能AbstractPartieulate reinofreed metal martix compositesPossess several additional advantages such as light weight，high speeific strength and stinffess，wear-resistingand high temperature-resisting. Studing in s
3、itu reaction of A1203 particulate reinforced aluminum matrix composite prepared by the process, the preparation conditions are: melt temperature is 900 , CuO powder mixed with Al powder, pressed into blocks, by adding aluminum liquid mixing, Pa to the surface scum, will melt into warm mold casting a
4、nd rapid cooling. Particles within the matrix in situ in the reaction, small particles, surface cleanliness, and good substrate. The sample cut into pieces, the friction and wear machine were set to 20N, 30N, 40N, 50N, and speed 80r/min, 100r/min, 110r/min, 120r/min 600s after weighing the friction
5、wear. The results show that, after adding 8% A1203 greatly improved hardness and wear resistance of the surface, the marks are shallow.Keywords：In situ reaction；particle reinforcement；Wear目 录第一章 绪论51.1颗粒增强金属基复合材料21.1.1颗粒增强金属基复合材料的制备工艺21.1.2颗粒增强金属基复合材料的原位反应制备方法31.1.3铝基原位复合材料的研究现状51.1.4颗粒增强铝基复合材料的应用及展
6、望61.1.5原位反应铝基复合材料的研究发展方向71.2颗粒增强铝基复合材料耐磨性的研究现状81.2.1 增强颗粒的影响91.2.2 外加载荷的影响91.2.3 外部温度的影响91.2.4 滑动速度的影响101.3颗粒增强铝基复合材料主要表征参数101.3.1摩擦温度101.3.2摩擦系数101.3.3磨损量(耐磨性)101.4颗粒增强铝基复合材料的应用111.5本文研究意义与内容11第二章 试验方案及工艺流程132.1原材料与设备132.1.1原材料132.1.2试验设备142.2 原位Al2O3颗粒的制备142.3试验流程图142.4试验步骤152.4.1试样制备152.4.2摩擦磨损试验
7、152.4试验中的分析测试手段162.4.1金相组织观察162.4.2硬度测定162.4.3耐磨性测定17第三章 试验结果与分析173.1 金相组织分析173.1.1 基体材料与复合材料组织的对比173.1.2摩擦表面的组织观察183.2硬度测定193.3 耐磨性的分析研究193.3.17075铝合金与8%Al2O3/7075摩擦磨损性能的对比193.3.2转速对铝基复合材料摩擦磨损性能的影响203.3.3载荷对铝基复合材料摩擦磨损性能的影响21结论22参考文献23谢辞2519内蒙古工业大学本科毕业论文第一章 绪论现代科学的飞速发展对材料提出了越来越高的要求，除了优异的力学性能外，还希望材料具
8、有某些特殊性能和良好的综合性能。对于这些要求，单一的金属、陶瓷、高分子等工程材料往往难以满足。因此，促进人们开发、研究新的材料，如各种复合材料，其中金属基复合材料因为具有优良的性能而备受人们的重视。特别是航空航天工业、宇宙空间和海洋开发事业的发展，要求新型的结构材料具有高比强度、高比模量和耐高温性能，不断开发研究增强相（纤维、晶须、颗粒）与树脂、金属、陶瓷、碳基体复合而成的宏观复合材料。应用比较广泛的纤维增强树脂基复合材料主要有高性能热固树脂、高性能热塑树脂以及热致液晶高聚物和半互穿网络高聚物等基体的复合材料，这些复合材料仅适用于350以下l-6。为了提高材料的使用温度范围，现在正掀起一股研究
9、开发各种陶瓷纤维、晶须、颗粒增强金属基复合材料的热潮。在诸多的颗粒增强金属基复合材料中，铝基复合材料由于具有密度小、熔化温度低、高导热性且成本低等特性，己经得到世界范围内的广泛研究并日趋工业化。颗粒增强铝基复合材料是以纯铝或铝合金为基体，复合添加一定的颗粒增强相而成的。颗粒增强铝基复合材料是利用增强相的低密度、高强度、高弹性模量等特点提高了材料的比刚度和比强度；利用增强相的高硬度特点提高了材料的耐磨性能；利用增强相热膨胀系数低的特点提高了材料的尺寸稳定性和抗热冲击性能；同时铝基复合材料具有不吸潮、不老化、气密性好、耐有机液体和溶剂侵蚀等一系列优点。在航空航天、汽车、电子、光学等工业领域展示了广
10、泛的应用前景，是当前金属基复合材料理论研究和工程试践中备受关注的课题。1.1颗粒增强金属基复合材料1.1.1颗粒增强金属基复合材料的制备工艺颗粒增强金属基复合材料(MMCs)因其特有的高比强度、高比模量、耐磨及耐高温等优良性能，在航空航天和汽车制造等行业中具有广阔的应用前景。长期以来，对MMCs制备工艺的研究一直侧重于传统的外加增强体与基体复合的方法，如粉末冶金法、共喷沉积法、中间合金法、液态金属浸渗法、挤压铸造法等等。这类方法不仅工艺复杂，成本较高，而且存在增强体与基体之间相容性较差，结合不良等问题。针对这些情况，近年来发展起来了一种制备MMCs的新型方法原位反应合成法，原位复合工艺基本上能
11、克服上述这些问题，己被视为一种具有突破性的新工艺方法而受到普遍重视，原位复合的概念源于原位结晶7-10。早在1967年，前苏联A.G.Merzhanov等人11用SHS法合成TIB2/Cu功能梯度材料时，就提出了原位复合材料的构想，但当时尚未引起人们的重视。直到80年代中后期，当美国Lanxide公司和Derxel大学的M.J.Kocazk等人先后报道了各自研制的原位A12O3/Al和TiC/AI复合材料及其相应的制备工艺后，才正式在世界范围内拉开了原位复合研究工作的序幕。美国金属学会(ASM)分别于1993年和1995年两次召开了原位复合材料的国际专题研讨会。由此可见，原位MMCs及其制备技
12、术已成为材料科学工作者普遍关注的研究课题。MMCs原位反应合成技术的基本原理是在一定条件下，将粉末或其他材料加入到基体金属熔液中，通过元素之间或元素与化合物之间的化学反应，在金属基体（固态或液态）内原位生成一种或几种高硬度、高弹性模量的陶瓷增强相。该方法合成的第二相颗粒尺寸小，界面清洁，与基体相容性好，且弥散分布，从而达到强化金属基体的目的。 与 MMCs传统复合工艺相比，该工艺具有如下特点：增强体是从金属基体中原位形核、长大，表面无污染，避免了与基体相容性不良的问题，且界面结合强度高；通过合理选择反应元素（或化合物）的类型、成分，可有效地控制原位生成增强体的种类、大小、分布和数量；省去了增强
13、体单独合成、处理和加入等工序，因此，其工艺简单，成本较低；从液态金属基体中原位形成增强体的工艺，可用铸造方法制备形状复杂、尺寸较大的净近形构件；在保证材料具有较好的韧性和高温性能的同时，可较大幅度地提高材料的强度和弹性模量。当然，以上这些优点并不是所有的体系都具备，但是对于某一具体材料用原位法制备通常有较高的性能价格比。同时，原位反应法也有其缺点：原位增强体通常是以析出的方式生成，并且选择原位增强体也只能限于该基体内热力学稳定的颗粒，颗粒的尺寸和形状受形核和长大过程控制。尽管制备过程可以相当灵活和多种多样，但是最终的尺寸和形状由系统的动力学决定，而并不取决于外部条件。所以有必要对其原位反应工艺
14、的过程机理作深入的分析，以指导试验并获得最佳工艺参数；而且对于材料制备过程中微观组织的形成规律，原位复合材料的界面问题，以及它们对性能的影响还远未认识清楚；同时，原位反应过程的反应副产物问题也是当前该领域的一个急待解决的工艺问题；而对工艺改进优化和这些基本规律的研究是原位复合材料走向工业化的必由之路。1.1.2颗粒增强金属基复合材料的原位反应制备方法1自蔓延高温合成法（SHS）SHS法最初是由前苏联A.G.Mehzrnaov等12-15于1967年提出来的，它是利用放热反应放出的热量维持反应的进行，使化学反应自动进行下去，生成金属陶瓷或金属化合物的方法。这种方法中化学反应的引发有多种方式，最主
15、要的一种是用钨丝点燃反应物的粉末压坯的一端，引发反应，并向另一端以燃烧波的方式传播进行；另一种学用的方法叫热爆，是指用快速加热的方法使坯块整体温度上长至反应发生温度，坯块整体几乎在同时发生了放热反应。还有微波引燃法、激光引燃法、化学炉法等引燃方法。据报道，目前用SHS法可获得包括复合材料、电子材料、陶瓷材料、金属间化合物、超导材料等500多种材料。在金属基复合材料方面，已制备了原位生成的TiC、TiB、A12O3和SiC等粒子增强的Al、Cu、Ni和Ti等为基体的块体复合材料l6-18和表面涂层复合材料。这种方法的明显优势是节约能源，制备过程在极短的时间内完成，能获得亚微米尺寸的增强体，且其热力学性质稳定，与基体裁的界面干净无杂物。但是它的缺点也很明显：主要在于所制备的材料多为疏松开裂状态，制备的控制困难（增强体的尺寸和形状），目前SHS的致密化研究是该领域的热点课题，以期获得全致密高性能的结构材料。2 XDTM原位生成法XDTM
