论文部分内容阅读
相比于微米SiC,纳米SiC颗粒具有更高的增强效率,在制备高强度以及机加工性能良好的铝基复合材料方面具有广阔的应用前景。碳纳米管(CNT)作为一种新型的柔性纳米材料,理论强化效率高,在制备高强度铝基复合材料也具有一定的潜力。但单一CNT增强铝基复合材料又存在模量低、硬度低的缺点。理论上,混杂效应使得混杂增强铝基复合材料综合性能优于单一增强体增强铝基复合材料,为此,本文也对CNT与微米SiC颗粒混杂增强铝基复合材料力学性能与摩擦磨损行为进行了探索研究。本论文第一部分采用7055Al为基体,通过高能球磨-粉末冶金-热挤压工艺,分别制备出纳米SiC/7055Al、CNT/7055Al复合材料,并对其微观组织与力学性能关系进行了研究。第二部分采用7055Al为基体,通过高能球磨-粉末冶金-热挤压工艺,制备出微米SiC/7055Al和微米SiC-CNT/7055Al复合材料。并对两种复合材料微观组织与力学性能进行了表征。第三部分采用销盘式摩擦磨损试验机测试了微米SiC/7055Al、CNT/7055Al和微米SiC-CNT/7055Al三种复合材料干滑动摩擦磨损性能,并对比分析其磨损机制。得到以下结论:1.通过高能球磨-粉末冶金-热挤压工艺,分别制备了致密的纳米SiC/7055Al复合材料、CNT/7055Al复合材料。在两种复合材料中,纳米SiC颗粒和CNT均在基体合金中均匀分布,无明显界面反应。由于纳米SiC或CNT增强体的加入,复合材料的屈服、抗拉强度均获得一定程度的提高;每1.0 vol.%CNT提升基体屈服强度52 MPa,抗拉强度53 MPa,而每1.0 vol.%SiC仅能提升基体屈服强度37 MPa、抗拉强度20 MPa。由此可见,CNT表现出更优于纳米SiC的强化效率。2.通过高能球磨-粉末冶金—后续热挤压工艺,制备了致密的微米SiC/7055Al及微米SiC-CNT/7055Al复合材料。复合材料中CNT、微米SiC分散均匀,未产生团聚。界面观察显示在微米SiC/7055Al复合材料中,在SiC附近存在无沉淀析出区,导致其强度甚至低于基体合金;而混杂增强复合材料拉伸强度高于两种单一增强铝基复合材料与合金基体。其屈服强度与抗拉强度相比基体合金分别提升了64 MPa、61 MPa。3.干摩擦磨损实验结果表明,随着载荷提高,无论单一增强还是混杂增强复合材料磨损率均增加。在低载荷(0.5 MPa)时,微米SiC-CNT/7055Al复合材料磨损率低于单一CNT及单一微米SiC/7055Al复合材料;而当载荷提高到2.0 MPa后,混杂增强复合材料磨损率高于单一CNT或微米SiC/7055Al复合材料。结合对磨损表面形貌分析可知,复合材料磨损过程为:第一阶段属于轻微磨损阶段,主要发生磨粒磨损,同时也存在一定的粘着磨损,第二阶段属于机械混合层的形成阶段,主要发生粘着磨损,第三阶段则为机械混合层形成后剥离的阶段,粘着磨损进一步加剧。