塑變對ZrB2/2024鋁基復合材料組織及其摩擦磨損性能的影響探究
Effects of Plastic Deformation on Microstructure and Friction Wear Resistance in ZrB2/2024Al Matrix Composites

2萬字 52頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統


摘要 通過熔體反應法原位制備ZrB2顆粒增強2024Al復合材料，所得材料各項性能優(yōu)異，但是仍然存在一些鑄造缺陷。國內外眾多學者試圖通過塑性加工的方式改善其微觀組織結構，從而進一步提升ZrB2/2024Al復合材料的性能，加快其實用化進程。本課題以2024Al-（K2ZrF6+KBF4）為反應體系，制備ZrB2/2024Al鋁基復合材料。首先通過X射線衍射儀(XRD)進行物相分析，而后通過光鏡（OM）、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）等表征手段，對復合材料的金相組織、以及內生顆粒ZrB2的大小、形貌和分布等情況進行微觀表征；另外，本課題試圖采用鍛壓、擠壓及軋制三種大塑性變形方式對鑄態(tài)的復合材料進行處理，研究塑變后材料的組織，并利用UMT-2型摩擦磨損試驗機對鑄態(tài)復合材料以及三種塑變后材料進行干滑動摩擦磨損試驗，探究材料的摩擦磨損性能。研究結果表明：原位內生制得ZrB2/2024Al復合材料，基體晶粒大小為30-50μm，ZrB2顆粒呈規(guī)則的多邊形或橢圓狀，尺寸在3μm以下，團聚現象嚴重；而經過塑性變形之后，復合材料晶粒明顯得到細化，值得提出的是，鍛造、軋制后試樣晶粒變形為條帶狀。軋制后的材料晶粒條帶的寬度在3-5μm，而鍛壓后的晶粒條帶寬度在10-15μm之間。增強顆粒分布均勻，團聚現象得到改善，減少了內部鑄造缺陷。研究了ZrB2/2024Al復合材料在不同載荷作用下摩擦系數，結果表明，當滑動速度一定時，ZrB2/2024Al復合材料的摩擦系數隨著載荷的增加而降低；磨損體積隨著載荷的增加而增加；對塑性變形前后ZrB2/2024Al復合材料摩擦磨損性能研究結果表明：三種塑變后的ZrB2/2024Al復合材料具有更低的摩擦系數和磨損體積。ZrB2/2024Al復合材料的磨損機制主要是粘著磨損，隨著載荷的增大，磨粒磨損逐漸過渡到粘著磨損的磨損機制。鍛造后的ZrB2/2024Al復合材料磨損機制主要為磨粒磨損和輕微的粘著磨損，軋制后材料主要以磨粒磨損和剝層磨損機制為主，而經過擠壓的ZrB2/2024Al復合材料磨損機制是磨粒磨損、氧化磨損以及輕微的粘著磨損。


關鍵詞：ZrB2/2024Al復合材料；原位內生；塑性變形；微觀組織；摩擦磨損性能