三维镍网增强铝基复合材料摩擦磨损性能研究

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近年来,三维网络增强金属基复合材料引起国内外科研工作者的注意,并得到较快发展。这种复合材料的增强体在三维空间连续,基体和增强体呈网络拓扑型。这种结构避免了常规的颗粒、晶须作为增强相引起组织分布不均及各向异性的问题,同时由于增强体和金属基体三维连续,使得每一相都能发挥其独特性能,三维网络结构在复合材料中作为一个整体,在磨损过程中不易脱落,有利于提高复合材料的耐磨性,三维网络增强金属基复合材料具有广阔的应用前景。本文采用真空吸铸方法制备三维镍网增强铝基复合材料,采用M-2000型摩擦磨损实验机研究基体合金和三维镍网增强铝基复合材料的干摩擦磨损性能,系统分析不同孔隙度、载荷、转速、磨损时间对三维镍网增强铝基复合材料的干摩擦磨损性能的影响;采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、物相分析(XRD)研究分析三维镍网增强铝基复合材料的微观组织、磨损表面以及亚表层形貌,探讨三维镍网增强铝基复合材料磨损机制;使用1stpt建立磨损模型。结果表明:三维镍网增强铝基复合材料的耐磨性优于基体合金,且随载荷增加、转速增大、磨损时间延长以及网络孔隙度的增大,耐磨性提高越明显;基体合金的磨损机制为黏着磨损,三维镍网增强铝基复合材料的磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损共同起作用,且随着网络孔隙度的增大,三维镍网增强铝基复合材料的耐磨性越好,且随着着保温升高,三维镍网增强铝基复合材料的耐磨性越好。其增强耐磨性的原因在于:在磨损过程中,三维镍网增强铝基复合材料的磨损表面形成硬的微凸体,起承载作用,且基体与三维连续镍网骨架结合良好,将载荷沿三维连续骨架分散至各个方向,应力不易集中,减轻黏着磨损。随着磨损过程的进行,局部的高应力使复合材料摩擦表面的增强体脱落,和对偶件直接接触的基体面积逐渐增大,黏着磨损作用逐渐增强。脱落颗粒在复合材料磨损表层均匀分布,其中磨粒磨损起了重要作用。使用1st0pt软件建立的磨损模型,预测值与实际测量值拟合较好。
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