SiC/TiB2颗粒混杂增强铝基复合材料力学及摩擦磨损性能研究

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相对于单一增强相增强铝基复合材料,混杂增强铝基复合具有更优的力学性能和摩擦磨损性能,在制动摩擦材料应用方面具有更广阔的前景。本论文采用Al-7Si合金作为基体,选用微米SiC颗粒和纳米TiB2颗粒作为混杂增强相,通过粉末冶金法及热挤压工艺,制备出不同纳米TiB2颗粒含量的SiC/TiB2混杂增强铝基复合材料。采用SEM和TEM分析了复合材料的显微组织及界面结合状况,通过拉伸实验测试了复合材料的力学性能,采用销盘式摩擦试验机测试了复合材料的摩擦磨损性能,分析了其磨损机理,得到以下结论:1.经过超声分散和球磨后,纳米TiB2颗粒和微米SiC颗粒在基体合金中大致分布均匀,对于单一 SiC增强铝基复合材料,冷压坯经预烧结后致密度约为90.07%,热挤压可使复合材料的致密度进一步提高,达到95.24%,并且能进一步提高增强颗粒的分散性,同时使基体晶粒尺寸细化,基体与增强颗粒未发生反应,界面结合状况良好。2.室温拉伸实验结果表明,相比单一微米SiC颗粒增强铝基复合材料,SiC/TiB2混杂增强铝基复合材料的抗拉强度和屈服强度均有所增加,当SiC/TiB2混杂增强铝基复合材料中TiB2颗粒含量增加到5%时,极限抗拉强度达到222.96MPa,增加了 64%,屈服强度达到了 122MPa,增加了 23%,结合拉伸断口形貌分析可知,SiC/TiB2混杂增强铝基复合材料的强化主要由微米SiC颗粒起主要承载作用的强化和由于纳米TiB2颗粒加入而引起的细晶强化、位错强化和Orowan强化等间接强化。3.干滑动摩擦磨损实验表明,外加载荷对复合材料磨损率的影响十分显著,随着载荷的增加,SiC/TiB2混杂增强铝基复合材料的磨损率呈增加趋势;在低载荷时(20N),SiC/TiB2颗粒混杂增强铝基复合材料的磨损率低于单一 SiC颗粒增强铝基复合材料,但当载荷升高至60N时,混杂增强复合材料和单一 SiC颗粒增强铝基复合材料的磨损率均急剧增加;当载荷固定时,随着干滑动速度的增加,SiC/TiB2增强铝基复合材料的磨损率整体上有轻微的上升;结合对磨损表面形貌分析可知,复合材料磨损机制分为以下三种:第一阶段为轻微磨损阶段,以磨粒磨损为主,第二阶段为机械混合层的形成阶段,以粘着磨损和氧化磨损为主,第三阶段为机械混合层形成后剥落的阶段,以剥层磨损为主。
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