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本文提出了三维连续网络陶瓷骨架增强铝基复合材料的新概念,用压力铸造法(die-casting)制备了三维网络陶瓷增强ZL109复合材料,采用MM-U5G屏显式材料端面高温摩擦磨损实验机研究基体合金ZL109和三维网络陶瓷增强ZL109复合材料的干摩擦磨损性能,系统研究了在不同温度下网络孔径、转速、载荷、磨损时间等对复合材料干摩擦磨损性能的影响。结果表明:复合材料的耐磨性远优于基体合金ZL109,而且随着载荷的增加、转速的增加、磨损时间的延长、温度的升高,复合材料的耐磨性能提高越明显。这种新型复合材料还具有随载荷、转速、磨损时间变化摩擦系数稳定的特点,特别是在较宽的温度范围内摩擦系数均表现出比铝合金更好的稳定性,而且随着网络孔径的减小,耐磨性越好。因此,这种复合材料具有广阔的应用前景。
为了进一步证实三维网络陶瓷增强ZL109复合材料具有良好的耐磨性,本文采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)等方法研究分析了摩擦磨损试验材料的摩擦表面和亚表层的成分和组织形貌,探讨了三维网络陶瓷对基体合金磨损机制的影响。结果表明,基体合金的主要磨损机制为粘着磨损,而复合材料的主要磨损机制是磨粒磨损, 陶瓷网络孔径的越小,复合材料的耐磨性越好。其原因是,在磨损过程中,新型复合材料中硬的三维网络陶瓷在磨损表面形成微凸体起承载作用,对磨件上的物质转移到复合材料的磨损表面上,减少了对磨件与基体合金的接触,从而有效地降低发生粘着磨损的机会,有助于复合材料在磨损过程中有较稳定的摩擦系数;同时其独特的结构制约基体合金的塑性变形、高温软化、亚表层裂纹的扩展和合并,并有利于氧化层保留在磨损表面。
此外,还应用SPSS(Statistical Product and Service Solutions)软件建立了磨损量数学模型,统计分析得出的计算公式与实际测量值拟合的较好。