添加Cu后Al-20％Sn系合金的机械合金化制备及其性能研究

摘要

Al-Sn系合金是一种在现代工业上被广泛应用的滑动轴承材料,尤其是在内燃机中应用最为广泛的AlSn20Cu轴承合金。随着现代发动机的发展,对传统的AlSn20Cu系轴承合金的摩擦磨损性能提出了更高要求。要获得具有优良摩擦磨损性能的Al-Sn合金,关键是要控制合金中Sn相的组织形态,即Sn相要尽可能的细小均匀且弥散分布在Al基体中。因此,本文采用机械合金化方法制备添加Cu元素的纳米复合结构Al-20％Sn轴承合金,探索球磨、压制以及烧结工艺,研究添加Cu元素后Al-20％Sn系合金的显微组织结构变化及摩擦磨损性能。 球磨实验表明：利用QM-1SP型行星式球磨机可以制备出Sn相均匀弥散分布的Al-Sn-Cu合金粉末。Al基体的晶粒细化和Sn相的弥散强化共同提高了合金的硬度；此外,球磨20 h后所加入的Cu元素开始溶入到Al中所形成Al(Cu)过饱和固溶体,也起到了强化作用。随着Cu含量的增加,合金的硬度也随之增加。 烧结实验表明：在球磨后的Al-Sn-Cu粉末压制烧结过程中,发现低压烧结可以获得致密度和硬度更高的合金块体,随着烧结温度的升高,Sn相发生长大,合金的硬度有所下降,但Sn相仍然保持均匀弥散的分布状态,硬度也比传统的轴承合金要高；并且随着Cu加入量的增加,合金的硬度也随之增加。研究添加4.5％Cu.的Al-20％Sn合金的烧结过程,发现当烧结温度达到200℃时,Al(Cu)固溶体开始明显发生脱溶析出,其析出相应该是CuAl2相。 摩擦磨损实验表明：烧结温度为450℃时,机械合金化制备的Al-Sn-Cu合金的耐磨性最好,且在高载荷下表现更突出；添加Cu的量为3％时,Al-20％Sn合金的耐磨性更优异,特别是在高载荷(147 N)下,其耐磨性优于未添加Cu的Al-20％Sn合金。由于添加Cu元素后,Al-20％Sn合金较难压制,造成烧结后合金的致密度较低(89％左右)。故粉末的结合较为松散、强度不高,导致添加Cu后Al-20％Sn合金的磨损率高于未添加Cu的Al-20％Sn合金(致密度92％左右)。 综上所述,机械合金化可以制备出Sn相均匀弥散分布的纳米复合结构的Al-Sn-Cu合金,Cu含量为3％的Al-20％Sn合金在450℃烧结后,其耐磨性最好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2轴承合金的发展史

1.3Al-Sn系轴承合金

1.3.1 Al-Sn系轴承合金的分类及性能特点

1.3.2　Al-Sn系轴承合金的制备技术

1.3.3 Al-Sn系轴承合金的组织结构特点

1.3.4 Al-Sn系轴承合金的耐磨性能及影响因素

1.4机械合金化

1.4.1机械合金化的概况

1.4.2机械合金化的机制

1.5添加Cu后的Al-Sn系轴承合金

1.5.1添加Cu对Al-Sn系合金组织与性能的影响

1.5.2添加Cu后Al-Sn系合金的机械合金化

1.6本课题的研究意义及主要内容

第二章机械合金化制备Al-Sn-Cu合金粉末及其组织性能研究

2.1引言

2.2研究方法及测试设备

2.2.1 Al-Sn-Cu合金粉末的机械合金化制备和工艺细则

2.2.2组织结构观察分析方法和设备

2.2.3晶粒尺寸及晶格常数的计算

2.3实验结果与讨论

2.3.1球磨过程中工艺参数的设定

2.3.2球磨过程中Al-20％Sn-1％Cu合金的相结构变化

2.3.3球磨过程中Cu含量对Al-20％Sn合金组织结构的影响

2.3.4球磨后不同含Cu量的Al-20％Sn合金的显微硬度

2.4本章小结

第三章机械合金化Al-Sn-Cu合金粉末的压制和烧结

3.1引言

3.2实验方案及设备

3.2.1压制和烧结工艺及设备

3.2.2密度测量和致密度的计算

3.2.3测试分析方法及设备

3.3实验结果与讨论

3.3.1烧结过程中MAAl-20％Sn-1％Cu合金的相结构变化

3.3.2烧结过程中MAAl-20％Sn-4.5％Cu合金的组织结构变化

3.3.3烧结工艺的探索

3.3.4低压烧结过程中Cu含量对Al-20％Sn合金相结构的影响

3.3.5低压烧结过程中Cu含量对Al-20％Sn合金致密度及硬度的影响

3.4本章小结

第四章机械合金化Al-Sn-Cu合金烧结后的耐磨性

4.1引言

4.2实验设备与方法

4.2.1实验设备及试样要求

4.2.2试验条件

4.2.3数据记录与处理

4.3结果与分析

4.3.1实验结果

4.3.2结果分析

4.4本章小结

全文总结

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢