基于搅拌摩擦加工的6061铝合金表面改性研究

摘要

铝合金在现代工业与生活中得到广泛的使用，起着不可代替的作用，但由于其强度、耐磨性、耐腐蚀性等性能的缺陷限制其在特定环境下的应用，对铝合金进行性能的改善处理，可以使其应用范围更加广泛。而传统的加工方法制备的都是块体复合材料，此类材料的脆性大、延展性差、韧性低，且有数据表明80％的机件失效来源于表面的磨损，若是采用新型的强化技术制备表面复合材料，即可达到材料的耐磨性能又能保持原材料的延展性与韧性，因此，新型的表面强化技术越来越受到人们的关注。
　　搅拌摩擦加工技术是一种新型、优质、环保的表面强化技术。目前已广泛应用于镁、铝等材料工件的表面强化。本文利用搅拌摩擦加工技术对6061铝合金进行表面处理，研究不同工艺参数及搅拌头对加工层的表面形貌、组织结构、显微硬度的影响，从而确定最佳工艺参数。采用优化的工艺参数，制备SiC/Al基表面复合材料，并研究SiC颗粒对复合材料层的显微硬度、摩擦磨损性能的影响，分析了热处理对复合材料层组织及性能的影响。
　　研究结果表明：不同的搅拌头在不同工艺参数下对加工区性能影响很大，采用同心圆型搅拌头，在转速1100rpm、前进速度100mm/min、下压量0.5mm、倾角1.5°的参数下获得的加工层表面成形最好，显微硬度最高，平均硬度为107HV，相对母材硬度提高了18%。
　　在铝合金表面加工阵列盲孔及燕尾槽用以填充SiC颗粒，经盖面及分段加工处理后，采用同心圆型搅拌头在上述最优参数下制备SiC/Al基表面复合材料层。研究结果表明：阵列盲孔开槽方式制备的复合材料层比燕尾槽方式的好，阵列盲孔开槽SiC颗粒分布更均匀，硬度更高，燕尾槽制备的复合层SiC颗粒在加工区底部有聚集现象。复合材料层的硬度随SiC的体积分数增加而增加，体积分数高于20%时两者呈线性关系，当体积分数为44%时，硬度值最高，最高为179HV，是母材硬度的1.96倍。热处理结果表明：经固溶处理与人工时效处理后，可以消除热机影响区与热影响区的弱化缺陷，热处理后的平均硬度比热处理前提高了45%，比母材区提高了26%。摩擦磨损结果表明：复合材料层的磨损性能明显高于母材，在低载荷状态下，复合材料的磨损率仅为母材的44%，在高载荷状态下，复合材料的磨损率为母材的56%。复合材料层的磨损率随着载荷的增加而增加，随着SiC含量的增加而减少；摩擦系数随着载荷及SiC含量的增加而减少。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2铝及铝合金表面改性方法

1.3 搅拌摩擦加工研究现状和应用

1.4课题研究目的及主要内容

第2章 实验材料、设备与方法

2.1实验材料

2.2 实验设备

2.3实验方法

第3章 搅拌头及工艺参数对FSP的影响

3.1引言

3.2搅拌头的设计

3.3 加工层的组织与成分分析

3.4加工层的性能测试

3.5本章小结

第4章 FSP制备SiC/Al基复合材料的组织结构与成分分析

4.1 引言

4.2 SiC颗粒增强铝基表面复合材料的制备过程

4.3复合层微观组织分析

4.4 SiC/Al复合层的组成成分

4.5本章小结

第5章 FSP制备SiC-Al基复合材料的性能测试与分析

5.1复合层的显微硬度

5.2 复合层耐磨性能

5. 3 复合层的磨损形貌与磨损机制

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢