纳米碳管增强铝基复合材料的摩擦磨损性能及机理研究

摘要

本文利用粉末冶金法制备了纳米碳管增强铝基复合材料,研究了不同纳米碳管质量分数对复合材料硬度和稳态摩擦磨损行为的影响,利用扫描电镜(SEM)观察了复合材料的磨损表面,并对材料的磨损机制进行了讨论.结果表明,纳米碳管(CNTs)质量分数小于1％时,复合材料的显微硬度随碳管含量的增加呈线性增加,当质量分数在1％～2％时,复合材料的硬度增加趋势减小,当质量分数大于2.0％,复合材料的硬度迅速降低.纳米碳管质量分数为2％的复合材料硬度比纯铝基体提高了约80％.随纳米碳管质量分数的增加,复合材料的摩擦系数逐渐降低,见图1;复合材料的磨损率先降低后增加,含量为2％纳米碳管的复合材料磨损率最低,见图2.在纳米碳管质量分数较低时,材料磨损表面有明显的犁沟和微裂纹等切削(图3(a)),试验过程出现磨擦副咬死现象,复合材料磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损;含2％纳米碳管的复合材料磨损表面形貌为鳞片状和浅显的凹坑(图3(b)),是典型的表面疲劳磨损.当纳米碳管含量较大时容易团聚在铝基体中形成孔洞,在表面应力的作用下,复合材料易在纳米碳管团聚处与基体开裂剥落,剥落的磨屑又加剧了材料的磨损,所以含量为3％纳米碳管的复合材料磨损严重,图3(c).