粉末热挤压制备硼酸镁晶须增强6061铝基复合材料的摩擦磨损性能

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本文通过粉末热挤压法制备了硼酸镁晶须增强铝基复合材料,研究了其晶须含量、热处理工艺、增强体混杂效应以及不同的摩擦配副对复合材料摩擦磨损性能的影响,并讨论了各种条件下复合材料的磨损机理。  通过粉末热挤压法制备出晶须分布均匀、致密度高的铝基复合材料。研究了制备过程中的各种工艺参数,发现球磨处理对复合材料的性能至关重要。高能球磨可以提高增强体与基体的界面结合并改善颗粒分布均匀性,能够显著提高材料的力学性能,与低速球磨相比,高能球磨制备的铝基复合材料的抗拉强度提高了1倍。另外,挤压比、挤压温度和挤压速度均对复合材料的性能有重要影响。  研究了6061铝合金和硼酸镁晶须体积分数分别为2%、5%、10%的铝基复合材料的摩擦磨损性能。结果表明,当速度和载荷一定,硼酸镁晶须体积分数为2%时复合材料的耐磨性最好。随着载荷的增大,复合材料的磨损率增加,并且,高体积分数复合材料的磨损率呈现出更大的增加趋势。在较低负载下,6061铝合金的磨损机制以磨料磨损为主,复合材料的磨损机制以轻微的粘着磨损为主;在较高负载下,2vol.%Mg2B2O5w/6061复合材料以磨料磨损为主,而6061铝合金及10vol.%Mg2B2O5w/6061复合材料均以疲劳磨损为主,其磨损形式主要表现为疲劳开裂和层离脱落。  对复合材料分别进行 T6和低温退火处理,研究了三种状态(挤压态、T6态和低温退火态)下复合材料的摩擦磨损性能。实验表明,T6处理能显著提高材料的耐磨性,而低温退火处理则降低了材料的耐磨性。T6态复合材料的磨损机制以磨料磨损为主;低温退火态复合材料的磨损机制以粘着磨损和疲劳磨损共同作用。  研究了6种单一增强体(2%Mg2B2O5w、2%Gr、2%SiCp)及混杂增强体(2%Mg2B2O5w+2%Gr、2%Mg2B2O5w+2%SiCp、2% Mg2B2O5w+2%Gr+2vol.%SiCp)增强铝基复合材料的摩擦行为。结果表明,随着载荷的增大,各种复合材料的磨损率均增大,石墨的添加提高了铝基复合材料的磨损率;6种复合材料的摩擦系数随载荷的增大而降低。未加入石墨的复合材料的磨损机制以磨料磨损和轻微的粘着磨损为主,加入石墨后复合材料的磨损机制转变为剧烈的粘着磨损和疲劳磨损。  研究了不同摩擦配副和不同滑动速度对复合材料摩擦系数和磨损率的影响。结果表明,在滑动速度相同的条件下,以Cr12为摩擦配副时复合材料的磨损率和摩擦系数均低于以GCr15为摩擦配副时的磨损率与摩擦系数。复合材料与两种摩擦配副对磨时的摩擦系数和磨损率均随滑动速度的增大而降低。复合材料分别以Cr12和GCr15为摩擦配副,当滑动速度较低时,材料的磨损机制以粘着磨损或疲劳磨损为主,且随着滑动速度增大,材料的磨损机制转变为磨料磨损。
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