SiCp/AZ91D镁基复合材料的摩擦磨损行为研究

摘要

搅拌铸造颗粒增强镁基复合材料具有典型的“项链状”颗粒分布的特征。本文研究了这种颗粒分布对碳化硅颗粒增强 AZ91D镁基复合材料的摩擦磨损行为的影响。首先，研究了摩擦条件（滑动距离、外加载荷、滑动速度）以及材料内部因素（颗粒的体积分数、颗粒尺寸）对铸态复合材料的摩擦磨损行为的影响规律及机制。然后，通过热挤压改变“项链状”颗粒分布，研究了挤压态复合材料的摩擦磨损行为及其机制。
　　研究表明铸态复合材料中，碳化硅颗粒呈现典型的“项链状”分布，这种分布会引起碳化硅颗粒与基体合金之间的界面弱结合。这种颗粒分布能够促进剥层磨损的发生。铸态复合材料在摩擦过程中展现出磨合阶段及稳定磨损阶段，同时随着滑动距离的变化磨损机制也相应发生了改变。在当摩擦过程中载荷较大时，界面弱结合会引起碳化硅颗粒从基体脱落。因此，在较高载荷条件下，碳化硅颗粒会提高材料的磨损率，而当载荷降低至10N时，碳化硅颗粒的存在，能够降低材料的磨损率。当速度较低时，SiC颗粒能够阻止基体表面与钢盘表面的直接接触，从而提高了耐磨性。然而速度升高会产生大量的摩擦热使复合材料的磨损表面软化，基体表面与对磨钢盘表面直接接触，SiC颗粒的作用基本消失。颗粒尺寸越小，体积分数越高，“项链状”分布越明显。颗粒尺寸较大时，颗粒与基体之间的界面结合越好，良好的界面结合可以提供更大的载荷承受能力，因而延缓复合材料从氧化磨损到剥层磨损的过程，表现出更好的耐磨性。颗粒体积分数越大，越容易从基体中拔出，材料的耐磨性也会相应的下降。从铸态材料的摩擦磨损行为中发现了氧化磨损、磨粒磨损、剥层磨损三种磨损机制。
　　在挤压态复合材料中，碳化硅颗粒原来典型的“项链状”分布消失，并形成了均匀的颗粒分布。这种分布会改善碳化硅颗粒与基体合金之间的界面结合。此种颗粒分布能够提升抗剥层磨损的能力，但是也促进了黏着磨损的倾向。挤压态复合材料滑动过程中主要经历了低磨损率阶段，长距离内磨损率基本恒定的阶段，最后磨损率再一次下降的阶段。同样挤压态复合材料随滑动距离的变化磨损机制也发生了改变。当摩擦过程中载荷较大时，界面结合的提高会减少碳化硅颗粒从基体脱落，但是同时也增加了材料发生黏着磨损的倾向。SiC的加入可以阻碍基体的塑性流动进而提高基体的抗黏着磨损的能力。SiC颗粒在低速下能够阻止基体表面与钢盘表面的直接接触，从而提高了耐磨性。然而速度升高产生大量的摩擦热使复合材料的磨损表面软化，基体表面又容易与对磨钢盘表面直接接触，SiC颗粒的作用基本消失。项链状分布的颗粒比均匀分布的颗粒具有更好的抗黏着磨损能力；随着颗粒尺寸的增加或颗粒体积分数的减小，颗粒在基体上分布的越均匀，抗黏着磨损的能力越弱，而对于挤压态复合材料的耐磨性最后由摩擦过程中黏着磨损与剥层磨损共同影响。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 金属基复合材料的摩擦磨损行为的研究现状

1.3 金属材料的摩擦磨损形式及机制

1.4 金属基复合材料的磨损机理图

1.5 本文的主要研究内容

第2章 试验材料与试验方法

2.1试验材料

2.2 镁基复合材料的制备流程

2.3 试验方法

第3章 铸态SiCp/AZ91D复合材料摩擦磨损行为研究

3.1 引言

3.2铸态合金及复合材料的显微组织及力学性能分析

3.3滑动距离对复合材料的摩擦磨损行为的影响

3.4外加载荷对摩擦磨损行为的影响

3.5滑动速度对摩擦磨损行为的影响

3.6颗粒尺寸对摩擦磨损行为的影响

3.7颗粒体积分数对摩擦磨损行为的影响

3.8 本章小结

第4章 挤压态SiCp/AZ91D复合材料摩擦磨损行为

4.1 引言

4.2挤压态合金及复合材料的显微组织及力学性能分析

4.3滑动距离对挤压态复合材料的摩擦磨损行为的影响

4.4外加载荷对挤压态复合材料的摩擦磨损行为的影响

4.5滑动速度对挤压态复合材料的摩擦磨损行为的影响

4.6颗粒尺寸对挤压态复合材料的摩擦磨损行为的影响

4.7颗粒体积分数对挤压态复合材料的摩擦磨损行为的影响

4.8 本章小结

结论

参考文献

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