新型铸造SiCp/Al复合材料的摩擦磨损行为研究

摘要

该论文以大功率柴油发动机活塞材料为研究背景,研制了一种新型近共晶铝活塞合金.以该合金为基体,采用液态搅拌法专利技术制备了SiC颗粒体积百分数分别为5％、10％和15％的SiCp/Al复合材料;采用M-2000磨损试验机和MMD-10G高温摩擦磨损试验机分别研究了复合材料在室温条件下的油润滑滑动摩擦磨损行为和250-350℃下的干摩擦滑动摩擦磨损行为.在宏观摩擦磨损性能的研究基础上,利用扫描电镜和能谱分析研究了SiCp/Al复合材料的高温拉伸断口特征、表面磨损形貌、磨损表面成分分析、磨屑形貌和斜截面形貌,探讨了其摩擦磨损机理及其与材料显微组织与力学性能的关系.试验结果表明:液态搅拌法制备的SiCp/Al复合材料的金相组织中,SiC颗粒均布于铝基体上,SiCp/Al复合材料的室温和高温抗拉强度均高于基体合金,且随SiC颗粒体积百分数的增加而提高.在室温油润滑条件下,SiCp/Al复合材料与球墨铸铁摩擦副的耐磨性随SiCp体积百分数的增加而显著提高,载荷为980N时,15％SiCp/Al复合材料的耐磨性优良,磨损率仅为基体合金的10.3％,而摩擦系数相当.在高温干摩擦条件下,SiCp/Al复合材料的耐磨性优于基体合金,且随SiCp体积百分数的增加而提高;250℃至350℃温度范围内,所研究材料的磨损量均随温度升高而增大,在相同温度下,随SiCp体积百分数的增大,SiCp/Al复合材料的耐磨性逐渐提高.表明SiCp/Al复合材料更适合用于大功率重载轻质活塞.研究发现:新型铸造SiCp/Al复合材料的高温断裂为解理与微孔聚合的混合型断裂;在室温油润滑条件下,SiCp/Al复合材料的磨损机制以磨粒磨损和粘着磨损综合作用为主;在高温干摩擦条件下,存在剥层磨损机制.基体合金的剥层脱落,以片状为主,而SiCp/Al复合材料的剥层脱落以颗粒状和块状为主.最后,在试验的基础上,建立了复合材料在稳定磨损阶段的磨损量数学模型,计算出15％SiCp/Al复合材料的经验回归方程与实测数据拟合良好.

目录

文摘

英文文摘

主要符号表

1绪论

1.1金属基复合材料的特性

1.2 SiCp/Al复合材料的制备与应用

1.3颗粒增强铝基复合材料摩擦磨损研究现状

1.3.1摩擦磨损概述

1.3.2滑动摩擦涉及的主要摩擦磨损理论

1.3.3颗粒增强铝基复合材料摩擦磨损研究的发展

1.4本文选题的意义和研究内容

1.4.1研究的目的和意义

1.4.2研究的内容和技术路线

2新型铸造SiCp/Al复合材料的制备及拉伸性能

2.1引言

2.2复合材料成分选择

2.2.1陶瓷颗粒增强相的选择及预处理

2.2.2复合材料基体的选择

2.3试验材料的制备

2.3.1基体合金和复合材料的制备方法

2.3.2试验材料的热处理工艺

2.4试验材料和方法

2.5试验结果和分析

2.5.1 SiCp/Al复合材料的显微组织和力学性能

2.5.2 SiCp/Al复合材料的室温拉伸性能和分析

2.5.3 SiCp/Al复合材料的高温拉伸性能

2.6 SiCp/Al复合材料的高温拉伸断裂特征

2.7小结

3新型铸造SiCp/Al复合材料的室温摩擦磨损行为

3.1引言

3.2试验材料和方法

3.2.1试验样品的制备

3.2.2对比材料和配副材料的选择

3.2.3磨损试验

3.3试验结果与分析

3.3.1试验材料的力学性能

3.3.2磨损体积与载荷的变化关系

3.3.3摩擦系数与载荷的变化关系

3.3.4磨损表面形貌

3.4小结

4新型铸造SiCp/Al复合材料的高温摩擦磨损行为

4.1 引言

4.2试验材料和方法

4.2.1试样制备及试验条件

4.2.2 MMD-10G高温材料端面磨损试验机

4.3试验结果与分析

4.3.1载荷对复合材料的高温摩擦磨损性能的影响

4.3.2 SiCp体积百分数对SiCp/Al高温摩擦磨损性能的影响

4.3.3 SiCp/Al磨损表面形貌

4.3.4磨屑的SEM形貌

4.3.5不同温度下SiCp含量对SiCp/Al材料摩擦磨损性能的影响

4.4小结

5新型铸造SiCp/Al复合材料摩擦磨损机理的探讨

5.1引言

5.2平行于滑动方向的磨损截面的SEM观察与分析

5.2.1试验材料和方法

5.2.2试验结果和分析

5.2.3新型SiCp/Al复合材料摩擦磨损机理探讨

5.3新型SiCp/Al复合材料的高温摩擦磨损数学模型

5.3.1数学模型的建立

5.3.2试验数据的最小二乘法回归分析

5.4小结

6结论

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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参考文献