TiC/Al-4.5Cu原位复合材料的界面特性与磨损行为

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本文采用接触反应法制备TiC颗粒增强铸造Al-4.5Cu原位复合材料,测定了复合材料在室温及高温下的力学性能,研究其拉伸性能和显微组织,及增强相含量对材料晶粒尺寸和界面的影响,探讨了复合材料的强韧化机理;同时测定了复合材料的干摩擦磨损性能,并对其磨面特征进行了研究。 实验结果表明,室温下,复合材料的延伸率最高可达12.3%,较基体提高了296.8%,抗拉强度也相应提高了63%;高温下,复合材料的延伸率提高了112.1%,同时抗拉强度提高了约30%。观察其显微组织发现,TiC与基体界面结合很好,且弥散分布,颗粒平均尺寸小于100nm,且容易在a-Al的晶界处析出;TiC颗粒作为α-Al非均质形核的良好基底,对强化基体有重要的作用。当滑移的切应力大于颗粒与基体的界面结合力时,则出现界面脱粘及在界面处形成空洞,空洞随着应力的增加通过塑性撕开机制而长大并相互连接形成裂纹,由于局部颗粒聚集区的塑性较差,裂纹的扩展较为迅速,并最终导致材料的断裂。对复合材料强韧化机制的讨论表明,颗粒弥散强化和位错增殖强化是TiC/Al-4.5Cu原位复合材料的主要强化途径。 在干摩擦磨损条件下,当载荷在10N~25N范围内,基体合金和5wt.%TiC/Al-4.5Cu原位复合材料处于较稳定的摩擦磨损阶段,但在载荷为30N时,基体合金在随摩擦距离的增加过程中已经出现磨损量增大速率加快,粘着磨损程度加大的迹象,而5wt.%TiC/Al-4.5Cu原位复合材料表现出良好的抗粘着磨损性。不同时间的摩擦磨损性能:复合材料和基体合金磨损曲线的变化趋势大致相同,只出现了磨合和稳定磨损两个阶段,还未进入快速磨损阶段。复合材料较基体合金表现出良好的抗粘着磨损性,其磨损机制主要以轻微的粘着与磨粒磨损为主。
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