机械合金化Al-20﹪Sn-1﹪Cu合金与钢背的轧制复合及其磨损性能的研究

摘要

Al-Sn系合金是现代轴瓦材料之一。本文采用机械合金化（MA）高能球磨的手段制备了Al-20％Sn-1％Cu合金粉末，并将其与钢背冷轧复合制备滑动轴承材料。运用金相显微分析、X-Ray衍射分析、扫描电镜（SEM）等手段对Al-20％Sn-1％Cu机械合金化合金的组织结构、Al-20％Sn-1％Cu合金与钢背轧制复合过程、烧结过程中的组织结构变化、烧结得到的合金层与钢背的结合性能以及合金层的摩擦磨损性能进行了分析和测试。
　　 结果发现：通过高能球磨能够制备Sn均匀弥散分布于Al基体上的Al-20％Sn-1％Cu合金。经球磨后出现纳米数量级的Sn，Sn的平均晶粒尺寸可以达到约60nm。高真空环境下对MAAI-20％Sn-1％Cu合金粉末压制成的块体进行烧结，样品致密度更高。
　　 轧制复合烧结实验表明：将宽度21mm，槽边宽0．5mm，槽深3．5mm的钢背喷涂好120um的纯铝层后，与MA合金粉末进行轧制复合成1．2mm的带坯，合金层、纯铝和钢背结合界面良好。将制得的复合金属带坯在高真空环境下进行了不同温度烧结。Sn相会随着温度的升高而长大。但是，在不同的烧结温度下，Sn相的长大规律不同。当温度在250℃到350℃时，出现了Sn相形成的网状结构，而450℃时，网状结构消失，Sn相均匀分散在Al基体中。550℃时合金层组织出现了不均匀的分层分布。
　　 硬度测试实验表明：随着温度的升高，合金层的硬度逐渐降低，当温度升高到550℃合金层硬度值比较离散。
　　 摩擦磨损性能的研究结果表明：在不同载荷下，450℃烧结的合金的耐磨性能最好。在50N载荷下，不同温度烧结的合金主要以磨粒磨损和粘着磨损形式为主，并且250℃、350℃、350℃出现较为严重的磨粒磨损，而450℃和550℃烧结的样品基本为粘着磨损。与普通粉末冶金方法复合轧制的带坯比相比，MAAI-20％Sn-1％Cu合金在450℃烧结后，低载荷下磨损性能差别不大，高载荷时，MA要比普通粉末冶金方法制造的带坯的耐磨性能好很多。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 轴承合金的发展概况

1.3 Al-Sn系轴承合金

1.3.1 Al-Sn轴承合金的分类及性能特点

1.3.2 Al-Sn系轴承合金的制备方法

1.4 机械合金化

1.4.1 机械合金化概况

1.4.2 基本原理

1.5 常用轧制复合方法

1.6 选题依据

1.7 本章小结

第二章 实验设备及方案

2.1 引言

2.2. Al-20％Sn-1％Cu合金粉末的制备

2.3 MAAl-20％Sn-1％Cu合金粉末的压制

2.4 粉末与轴承衬背的轧制复合

2.5 MAAl-20％Sn-1％Cu合金粉末压制块体的烧结

2.6 组织结构分析方法和设备

2.6.1 金相观察分析

2.6.2 X-ray衍射分析

2.6.3 扫描电镜分析

2.6.4 显微硬度测试

2.6.5 纳米压痕测试

2.7 密度的测量以及致密度的计算

2.8 晶粒尺寸及晶格常数的计算

2.8.1 晶粒尺寸的计算

2.8.2 晶格常数的计算

2.9 摩擦磨损实验

2.9.1 实验设备及试样要求

2.9.2 实验条件

2.9.3 数据记录与处理

3.0 本章小结

第三章 机械合金化制备Al-20％Sn-1％Cu合金粉末及压制烧结工艺

3.1 引言

3.2 MAAl-20％Sn-1％Cu合金粉末的组织结构分析

3.3 MAAl-20％Sn-1％Cu合金粉末的压制烧结

3.4 本章小结

第四章 机械合金化Al-20％Sn-1％Cu合金粉末与钢背的轧制复合及烧结

4.1 引言

4.2 MAAl-20％Sn-1％Cu合金粉末与钢背轧制复合

4.2.1 钢背上喷涂铝层

4.2.2 MAAl-20％Sn-1％Cu合金粉末与钢背轧制复合探索

4.2.3 MAAl-20％Sn-1％Cu合金粉末与钢背轧制复合后的组织结构

4.2.4 合金粉末与钢背轧制过程对复合界面的影响

4.3 MAAl-20％Sn-1％Cu合金粉末与钢背轧制复合后的烧结

4.3.1 MAAl-20％Sn-1％Cu合金粉末轧制烧结后的组织结构分析

4.3.2 MAAl-20％Sn-1％Cu合金粉末轧制烧结后的硬度

4.4 本章小结

第五章 Al-20％Sn-1％Cu轧制复合带坯摩擦磨损和结合性能

5.1 引言

5.2 MAAl-20％Sn-1％Cu合金磨损实验结果

5.2.1 MAAl-20％Sn-1％Cu合金不同烧结温度下的磨损实验

5.3 结果分析

5.3.1 不同烧结温度下MAAl-20％Sn-1％Cu合金的摩擦磨损性能

5.3.2 MA Al-20％Sn-1％Cu合金的磨损机理

5.3.3 MA Al-20％Sn-1％Cu合金与普通粉末冶金合金比较

5.4 本章小结

全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢