Gr+Al2O3/Al复合材料的组织与摩擦磨损性能

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颗粒增强铝基复合材料具有较高的比强度、比刚度和高温力学性能,良好的耐磨性能和导热性能,在航空航天、兵器工业、民用汽车工业等领域应用广泛。与目前国内外制备复合材料的其他方法相比,往复挤压法是一种新的制备方法,不但工序简单,制造成本低,而且制得的复合材料组织均匀致密,具有广阔的应用前景。本试验将石墨粉、Al203粉和铝粉用“聚乙二醇+无水乙醇”湿混后,采用往复挤压法制备Gr+Al203/Al复合材料,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)分析复合材料的组织与相组成,测试复合材料的室温力学性能和摩擦磨损性能,旨在为研制出具有较好的室温力学性能,优异的抗擦伤,低磨损率,组织均匀致密的Gr+Al203/Al复合材料做前瞻性的探索。具体研究结果如下:(1)采用往复挤压法可以制备致密度高达99.5%以上的Gr+Al203/Al复合材料,氧化铝颗粒和石墨颗粒被细化并均匀分布在铝基体中。(2) Gr+Al2O3/Al复合材料的室温拉伸性能与石墨含量、挤压道次有关。石墨含量越高,Gr+Al2O3/Al复合材料的屈服强度、抗拉强度越低,延伸率、断面收缩率越小。当石墨含量为1vol%时,RE-2-1vol%Gr+Al2O3/Al复合材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率分别为66.3MPa、108.0MPa、21.8%、18.2%;当石墨含量增至5vol%时,RE-2-5vol%Gr+Al2O3/Al复合材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率分别为62.4MPa、101.7MPa、11.0%、9.2%。挤压道次越高,Gr+Al2O3/Al复合材料的屈服强度、抗拉强度越高,延伸率、断面收缩率越大。当往复挤压为1道次时,RE-1-3vol%Gr+Al2O3/Al复合材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率分别为63.0MPa、102.5MPa、12.2%、10.3%;当往复挤压增至4道次时,RE-4-3vol%Gr+Al2O3/Al复合材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率分别为67.1MPa、109.3MPa、22.2%、18.7%.(3)石墨能有效降低Gr+Al2O3/Al复合材料的摩擦系数和磨损率,提高摩擦稳定性。随石墨含量的增加,摩擦系数逐渐减小,摩擦稳定性提高,而磨损率先增加后减小。未加石墨时,RE-2-Al2O3/Al复合材料的摩擦系数为0.6750,磨损率为0.3362;当加入5vol%石墨时,RE-2-5vol%Gr+Al2O3/Al复合材料的摩擦系数变为0.3689,磨损率降至0.2236。摩擦系数降低了45.3%,磨损率降低了33.49%。600℃热处理保温4h、8h、12h使RE-2-5vol%Gr+Al203/Al复合材料的摩擦磨损性能变差。随热处理时间的延长,摩擦系数逐渐增大,磨损率先增大后减小。
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