(TiB2+α-Al2O3)颗粒增强铜基复合材料的原位反应机理及摩擦磨损性能研究

摘要

本文采用放热弥散法(XD)成功以Al-TiO2-B-Cu、Al-TiO2-B2O3-Cu体系为原料通过原位反应法制备了以(TiB2+α-Al2O3)颗粒为增强相的铜基复合材料。对Al-TiO2-B-Cu和Al-TiO2-B2O3-Cu系进行了反应热力学计算，通过真空烧结两种体系，对生成物进行SEM观察和EDS能谱检测，并结合XRD分析结果鉴定反应产物的相组成，根据反应产物类型建立反应模型，分析反应过程，研究反应机理。结果表明，体系可以按热力学方向进行，分别生成α-Al2O3和TiB2增强相，可以制备出颗粒增强的铜基复合材料。同时本课题对该两种体系制备出来的复合材料进行了摩擦磨损性能研究。反应机理研究表明:Al-TiO2-B-Cu系在烧结过程中发生了四步化学反应，每步反应的表观活化能分别为590.5kJ·mol-1，708.0kJ·mol-1，354.6kJ·mol-1和346.4kJ·mol-1。Al-TiO2-B2O3-Cu系在烧结过程中共有两步反应，每步反应的表观反应活化能分别为168.9 kJ·mol-1和342.8kJ·mol-1。摩擦磨损性能研究表明:在所研究的三种体积分数的材料当中，体积分数为30vol.％时Al-TiO2-B-Cu系和Al-TiO2-B2O3-Cu系的耐磨性能最低，太高的增强相体积分数破坏了铜基的软韧性，脆性急剧升高，在实验过程中容易脆断。对于增强相体积分数为20vol.％，10vol.％的铜基复合材料，在常温下，体积分数为10vol.％的摩擦磨损性能最高增强相大小分布均匀，摩擦所形成的犁沟浅且窄。摩擦系数变化范围不大。摩擦磨损性能较为稳定。随着滑动速率的增加，材料的磨损量在一定范围内先升高后下降。这是由于材料在磨损过程中产生了硬化膜，这层硬化膜阻碍了摩擦进程。Al-TiO2-B2O3-Cu(10vol.％)的试样在摩擦磨损过程当中最早出现下降趋势，减小了磨损量，有相当耐磨损能力。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 原位反应技术

1．1．1 固/固反应法

1．1．2 液/固反应法

1．1．3 液/液反应法

1．1．4 液/气反应法

1．2 铜基复合材料的磨擦磨损性能研究现状

1．2．1 颗粒增强铜基复合材料的摩擦磨损性能

1．2．2 自润滑铜基复合材料的摩擦磨损性能

1．2．3 纤维增强铜基复合材料的摩擦磨损性能

1．2．4 碳纳米管增强铜基复合材料的摩擦磨损性能

1．3 颗粒增强铜基复合材料的研究现状

1．4 本课题研究的主要内容和意义

2 实验材料及方案

2．1 实验材料准备

2．2 实验设备

2．3 样品制备

3 两种体系的热力学分析

4 反应机理分析

4．1 Al-TiO2-B-Cu(30vol．％)系的反应机理分析

4．2 Al-TiO2-B-Cu(30vol．％)系的活化能计算

4．3 Al-TiO2-B2O3-Cu(30vol．％)系的反应机理分析

4．4 Al-TiO2-B2O3-Cu(30vol．％)系的活化能计算

4．5 小结

5 摩擦磨损性能分析

5．1 实验

5．2 实验数据与分析

5．2．1 两种体系制备的(TiB2+α-Al2O3)颗粒增强铜基复合材料的磨损量与载荷的关系

5．2．2 两种体系制备的(TiB2+α-Al2O3)颗粒增强铜基复合材料的磨损量与滑动速率的关系

5．2．3 两种体系制备的(TiB2+α-Al2O3)颗粒增强铜基复合材料的摩擦系数与载荷的关系

5．2．5 两种体系制备的(TiB2+α-Al2O3)颗粒增强铜基复合材料的磨面与载荷的关系

5．2．6 两种体系制备的(TiB2+α-Al2O3)颗粒增强铜基复合材料的磨面与滑动速率的关系

5．2．7 两种体系制备的(TiB2+α-Al2O3)颗粒增强铜基复合材料的磨面与材料成分的关系

5．2．8 两种体系制备的(TiB2+α-Al2O3)颗粒增强铜基复合材料的磨面与体积分数的关系

5．2．9 两种极端工况的比较

5．3 小结

6 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和专利情况