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运用放热弥散法制备Al-B2O3系和Al-B2O3-Ti系铝基复合材料,采用SEM、EDS和XRD等测试方法确定反应产物相,对微观组织进行观察和分析。结合热力学理论计算和DSC曲线对反应过程进行热力学和动力学分析,建立反应过程的动力学模型。研究复合材料在常温下的干滑动摩擦磨损性能,分析载荷和摩擦速率对材料磨损量、摩擦系数的影响,观察磨面确定不同工况下的磨损机理。 热力学研究表明Al-B2O3系和Al-B2O3-Ti系中各反应在实验温度范围内都能够自发进行,理论燃烧温度随增强相体积分数的增大而升高。在复合材料中最终产物的出现顺序为Al2O3,TiB2,AlB12,Al3Ti和AlB2。增强相的种类和对应的量随Ti与B2O3粉末摩尔比的不同而变化,分别制备出了以下几种不同组分的复合材料: ①r(Ti/B2O3)=0,α-Al2O3+AlB12+AlB2/Al复合材料 ②r(Ti/B2O3)=0.5,α-Al2O3+TiB2+AlB2/Al复合材料 ③r(Ti/B2O3)=1.0,α-Al2O3+TiB2/Al复合材料 ④r(Ti/B2O3)=2.0,α-Al2O3+TiB2+Al3Ti/Al复合材料 动力学研究表明在Al-B2O3系中添加Ti时,铝液优先与金属Ti结合,产生金属间化合物Al3Ti,而Al3Ti进一步与B2O3发生反应,得到增强相Al2O3和TiB2颗粒。各反应活化能计算的结果表明随着Ti量的增加,Al-B2O3-Ti系的合成反应更容易发生。 干滑动摩擦实验表明室温环境在相同的实验条件下Al-B2O3复合材料的耐磨性能最差,主要表现为磨粒磨损;当Ti加入时,TiB2颗粒的出现大大提高了复合材料的耐磨性能,表现为磨损量明显减小。Ti与B2O3粉末摩尔比等于0、0.5或1.0时,以载荷为变量的情况下,不同组分复合材料的磨损量随着载荷的增加而增加,摩擦系数的浮动范围呈现减小趋势,磨损机制由磨粒磨损向粘着磨损和氧化磨损转变;以摩擦速率为变量的情况下,磨损量随速率的增大先增大后减小,摩擦系数的浮动范围同样有减小的趋势。Ti与B2O3粉末摩尔比等于2.0时,磨损量随载荷的增大而增大,随转速的增大而增大,Al3Ti颗粒的破碎使整个磨损过程主要表现磨粒磨损。