本文首先综述铝基复合材料的设计和制备方法,并介绍基体合金和增强体的选择方法。金属基复合材料(MMCs)的制备方法包括固态法和液态法和原位法,而铝基复合材料具有很宽广的设计自由度。对于颗粒增强的铝基复合材料,固态法中最常用的方法是粉末冶金法;液态法中最常用的方法是铸造法。本文将对比这两种方法的优缺点。原位复合工艺制备MMCs具有显著的技术优势和经济优势,近些年引起了人们的广泛关注。原位复合工艺主要包括自蔓延燃烧反应法(SHS)、放热弥散法(XD)、直接氧化法(DIMOX)、无压浸渗法(PRIMEX)、气液反应合成法(VLS)、机械合金化法(MA)以及反应热压法(RHP)等。本文着重介绍无压渗透法(PRIMEX)。纳米碳管由于其许多特殊性能及潜在的应用而引起了人们的广泛兴趣。纳米碳管具有良好的化学稳定性。Kuzumaki等对热压和热挤制备的纳米碳管增强铝基复合材料的研究表明,纳米碳管在制备过程中没有被破坏,即使在983K下保温24h,纳米碳管与铝基体界面也没有发生化学反应。另外,纳米碳管具有极高的长径比、抗拉强度、弹性模量、抗弯曲性和导热性,因此被认为是制备各种复合材料的理想的增强材料。本文第二部分介绍了无压渗透法制备纳米碳管增强铝基复合材料,并对该复合材料的摩擦性能进行了研究。在氮气流中将铝合金块和增强粉体加热至800℃,保温5小时,制备出CNTs增强的复合材料。用TEM、SEM、XRD和EDS测定了材料的成分和微结构,并系统地分析了无压渗透的影响因素。建立了渗透模型。研究结果表明,Mg能通过消耗N2、 反应浸润、浸润相变和破坏氧化铝膜等机制改善Al液和增强体之间的浸润性。通过复合材料硬度测量和摩擦磨损实验,研究了不同纳米碳管体积含量对复合材料的硬度及摩擦磨损性能的影响。用SEM观察复合材料断面的形貌实验结果显示,纳米碳管均匀地分散于复合材料中,并且与铝基体结合良好。纳米碳管的加入增加了复合材料的硬度,且其摩擦系数和磨损率随着纳米碳管体积含量的增加而减少。由于纳米碳管本身具有自润滑和增强作用,极大地改善了铝合金材料的摩擦性能。