攪拌摩擦加工對(duì)原位ZrB2/2024Al 復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)及摩擦磨損性能研究

1.44萬字 35頁 原創(chuàng)作品，獨(dú)家提交，已通過查重系統(tǒng)


摘要：航空航天、汽車制造等領(lǐng)域要求材料要求具有高強(qiáng)度、高韌性和高耐磨性等。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料由于其自身良好的耐高溫、耐磨損、耐疲勞、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，成為理想材料。而傳統(tǒng)工藝中采用外加顆粒法制備的顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料存在諸多缺點(diǎn)，如組織不均勻、晶粒粗大、界面污染等，導(dǎo)致力學(xué)性能不佳、耐磨性能不好，滿足不了工業(yè)需要。因此，研究原位內(nèi)生顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)及摩擦磨損性能具有重大意義。
本文以2024Al 合金作為基體，以Al- K2ZrF6-KBF4為反應(yīng)體系，采用熔體直接反應(yīng)法原位制備了ZrB2/2024Al 復(fù)合材料。研究了攪拌摩擦加工對(duì)ZrB2/2024Al 復(fù)合材料微觀形貌的影響；探討了攪拌摩擦加工對(duì)摩擦磨損性能的影響。研究結(jié)果表明：原位內(nèi)生制得ZrB2/2024Al復(fù)合材料，ZrB2顆粒呈規(guī)則的多邊形或橢圓狀，尺寸在10μm左右，團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重；而經(jīng)過攪拌摩擦之后，增強(qiáng)顆粒分布均勻，團(tuán)聚現(xiàn)象得到改善，減少了內(nèi)部鑄造缺陷，且隨著攪拌加工速度的減小，增強(qiáng)顆粒沿?cái)嚢杓庸で斑M(jìn)方向逐漸分布均勻，但過慢的加工速度反而會(huì)影響材料的均勻分布，在50mm/min時(shí)，增強(qiáng)顆粒的情況較好。
研究了ZrB2/2024Al復(fù)合材料的硬度，結(jié)果表明，攪拌摩擦后，ZrB2/2024鋁基復(fù)合材料的硬度降低6.18％；材料的摩擦系數(shù)在攪拌摩擦后增加，但是摩擦系數(shù)的波動(dòng)性減??；研究了材料的耐磨性，發(fā)現(xiàn)鑄態(tài)時(shí)，隨著載荷的增大，材料磨損量增加，磨痕深度變大，磨損率也顯著增加；經(jīng)過攪拌摩擦后，材料的磨損量普遍降低，磨損率穩(wěn)定，磨痕深度變淺，耐磨性變好，在50mm/min的加工速度時(shí)材料的磨損量最??；通過對(duì)材料磨痕的SEM圖的研究發(fā)現(xiàn)，鑄態(tài)時(shí)材料的磨損機(jī)制主要為粘著磨損，并伴有少量的磨粒磨損和氧化磨損，而攪拌摩擦加工后，材料的磨損機(jī)制逐漸向磨粒磨損轉(zhuǎn)化，且攪拌頭前進(jìn)速度越慢，磨粒磨損越明顯，存在最佳攪拌摩擦加工速度，使材料有最好的耐磨性能。

關(guān)鍵詞：ZrB2/2024Al復(fù)合材料；原位內(nèi)生；攪拌摩擦加工；微觀組織；摩擦磨損性能