不同颗粒增强铁基复合材料磨损性能的对比

收稿日期:2009-08-26

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50771028,50471024);长江学者和创新团队发展计划项目(IRT 0713)

作者简介:李杰(1982-),男,浙江宁波人,东北大学博士研究生;宗亚平(1956-),男,陕西榆林人,东北大学教授,博士生导师

第31卷第5期2010年5月东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern U niversity(Natural Science)Vol 31,No.5M ay 2010

不同颗粒增强铁基复合材料磨损性能的对比

李杰,宗亚平,王耀勉,庄伟彬

(东北大学材料各向异性与织构教育部重点实验室,辽宁沈阳 110004)

摘要:采用动态电流直加热制备,提出了分段加热工艺,研究了陶瓷颗粒增强铁基复合材料的磨损性能和磨损机理结果表明:四种不同颗粒增强铁基复合材料的磨损量均在#45钢磨损量的15%以下;T i(C,N)对改善材料磨损性能作用最强,表明与基体界面可经受一定变形量的强化粒子最有利于提高耐磨性;复合材料的耐磨性均在强化粒子体积分数为10%时达到最好铁基复合材料表现出高摩擦系数时耐磨性反而更好的特性,在耐磨材料应用方面显示出巨大优势

关键词:铁基复合材料;磨损性能;增强粒子类型;热压烧结

中图分类号:T G 333 文献标志码:A 文章编号:1005-3026(2010)05-0660-05

Comparative Investigation on Wear Behavior of Iron Matrix Composites Reinforced by Different Ceramic Particles

L I Jie,ZONG Ya -p ing ,WAN G Yao -m ian ,Z H UAN G Wei -bin

(K ey Labor ator y of Anisotropy &T exture of M aterials,M ini stry of Education,Nort heaster n U niv ersity,Shenyang 110004,China.Cor respondent:ZON G Ya -ping,E -mail:ypzong @https://www.360docs.net/doc/f08026289.html,)

Abstract:A number of iron m atrix composites reinforced by different types of ceramic particles w ere prepared by the process of two -step dynamic electric current heating and sectional hot pressing to investigate the effects of reinforcing particles on the w ear behavior of the composites.T he results showed that the w ear loss of all those iron matrix com posites is low er than 15%of that of the #45carbon steel which is w idely used in China.T he T i(C,N)particles function as the strongest influencing factor on improving the wearability in the four ceramic particles used,i.e.,the reinforced ceramic particles w hich are endurable to a certain deformation on the interfaces betw een them and matrix are most beneficial to improving w earability.On the other hand,the w earability of all those composites come up to their max imum if the volume fraction of reinforcing particles is 10%,and the w earability becomes better if the friction coefficient of the composites is high.Such features make the composites superior in m any application fields,such as brake making.

Key words:iron matrix composites;w earability;reinforcing particles;hot press sintering 颗粒增强金属基复合材料具有高的比强度、比刚度、好的耐热性能以及较低的热膨胀系数和高的尺寸稳定性等一系列优点其中,铝基复合材料受到了很大的重视,得到了广泛的应用[1-2],而铁基复合材料成本低、性能高,是最具有工业研究价值的金属基复合材料之一[3-4] 但是,相对于其他金属基复合材料而言,铁基复合材料熔点高、制备困难,尽管有很多的探索性研究,但制备材料性能低,没有取得显著的工业应用

[3-4]

电流直加热动态热压烧结工艺和设备[5-

大大缩短了制备时间,解决了陶瓷颗粒与铁基体剧烈反应的困难,并通过对工艺的改进,取得了显著的研究进展[5-8]

,铁基复合材料的拉伸性能达

到了文献检索报道的先进水平[8]

铁基复合材料在耐磨材料、工磨具钢等领域具有强大的潜力,能够发挥重要作用,因此考察铁基复合材料的耐磨性能就显得尤为重要同时多

数文献报道都是研究单种颗粒增强铁基复合材料

耐磨性能,相互之间由于制备工艺的巨大差别结果没有可比性,还没有文献系统报道几种不同颗粒增强铁基复合材料耐磨性能的对比研究本文采用动态电流直加热制备方法,并提出了分段加热的改进工艺,制备了SiC/Fe,Cr3C2/ Fe,TiC/Fe和Ti(C,N)/Fe复合材料,在相同工艺条件下考察不同颗粒增强铁基复合材料的耐磨性和磨损机理,为钢铁基复合材料的推广应用提供必要的研究数据和理论基础,增进钢铁材料在材料领域中应用的竞争力

1 实验材料和实验方法

实验中以Cr3C2,SiC,T iC,Ti(C,N)粉末作为增强体,质量分数 99 85%,平均粒度均为3 m;以还原铁粉为基体,质量分数 98 68%,平均粒度50 6 m;以化学纯硬脂酸锌为润滑剂在制备铁基复合材料的原始粉末中,Cr3C2,SiC, T iC,T i(C,N)增强颗粒的体积分数分别为5%, 10%,15%,化学纯硬脂酸锌质量分数为0 5%~ 1 0%

粉末经初步混合后在搅拌球磨机上搅拌混合至均匀,在液压机上冷压成型,成型后的试样置于特意研制的电流直加热动态热压烧结装置内制备将制备好的试样去毛刺磨平,在450SVD维氏硬度计上测定试样的硬度采用阿基米德排水法测定试样的密度摩擦磨损试验在M G-2000型销-盘式高温高速摩擦磨损试验机上进行试验条件:转速为500r/min,共4000转,载荷分别为50,80,100,120N 实验中用金相显微镜和扫描电镜观察铁基复合材料的显微组织和试样磨损后的表面形貌

2 结果与讨论

2.1 分段加热工艺的作用

本课题组研究电流直加热动态热压烧结工艺时,采用的是连续电流一次加热的方法最佳工艺参数是:烧结时间为600s,烧结电压5V,初始感应电压550V[5-8] 一次连续电流加热烧结由于升温快而不易控制,试样整体烧结时间不充分而性能不易提高,且实验重复性差,为此需要进一步改进烧结工艺

本文提出了分段加热烧结工艺,即分段电流烧结经实验研究得出的最佳工艺参数是:烧结电压5V,初始感应电压550V 首先连续电流直接升温100s,转入循环电流加热后,加热和间歇时间比为1/1,每个循环为2s,动态保温100次,这样试样总制备时间是300s,比原工艺制备时间缩短了一半图1为两种工艺制备的SiC/Fe复合材料的对比,可见,经过改进工艺,复合材料的性能得到了很大的提高因此,所有样品均采用新工艺制备

图1 两种工艺制备的SiC/Fe复合材料

Fig.1 Comparison of the properties of SiC/Fe pr oduced by two different pr ocess es

(a) 相对密度;(b) 硬度

2.2 硬度和磨损性能对比

对比各种陶瓷增强颗粒的作用是本研究的主

要目的图2为不同颗粒含量铁基复合材料性能

的对比图2a表明,当增强体体积分数为10%

时,复合材料硬度最高其中Cr3C2/Fe硬度最高,

SiC/Fe硬度次之,而Ti(C,N)/Fe硬度最低从图

2b可以看出各种复合材料均表现出很好的耐磨

性能,磨损量均是经过淬火+低温回火后的#45

钢磨损量的15%以下 Ti(C,N)/Fe的磨损量最

低,以下依次是SiC/Fe,TiC/Fe,Cr3C2/Fe,说明

Ti(C,N)粒子对改善复合材料磨损性能作用最

强,SiC和TiC颗粒次之,Cr3C2颗粒虽然对提高

复合材料的硬度最显著,但对改善耐磨性能效果

却最差而且对比图2a和图2b,当增强体体积分

数为10%时,SiC/Fe硬度明显高于Ti(C,N)/Fe

和T iC/Fe,而3种复合材料的磨损量差别很小

可见,复合材料的耐磨性与硬度没有直接对应关

系,这与普通金属材料耐磨性的变化规律有很大

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第5期李杰等:不同颗粒增强铁基复合材料磨损性能的对比

的不同同时,可以看出,当增强体体积分数为10%时,各种复合材料的磨损量最小,这与材料拉伸强度[8]

的变化规律是一致的

从增强颗粒化学性质分析,Ti(C,N )是由具有相似结构和性能的T iC 和TiN 之间形成的连续固溶体,并且具有较高的硬度、耐磨性,还有一定的韧性和强度,是与基体界面可经受一定变形量的强化粒子,实验表明对改善材料耐磨性效果明显好于碳化物而SiC 是共价键型,Si C 间键力很强,决定了其具有稳定的晶体结构和化学特

性,以及非常高的硬度等性能,耐磨性提高效果次之 TiC 和Cr 3C 2脆性高、界面结合强度高、颗粒硬,且在高温下热稳定性好及对基体的不溶性,结果提高耐磨性能最差由此可见,强化粒子的化学性质对提高复合材料耐磨性的效果起重要作用,在磨损过程中颗粒与基体结合界面脆而强,界面可经受变形量很低,因此提高耐磨性效果差,而与基体结合界面有一定可变形量的、不与基体发生化学反应的强化粒子,能更有效地提高铁基复合材料的耐磨性

图2 不同颗粒含量铁基复合材料性能的对比

Fig.2 Performance comparison of the iron m atrix composites with di fferent volum e fracti on of reinforcing parti cles

(a) 硬度;(b) 磨损量

#1:#45钢;#2:Cr 3C 2/Fe;#3:SiC/F e;#4:T iC/Fe;#5:T i(C,N )/Fe

2.3 材料摩擦系数和磨损性能与载荷的关系

为了研究试验载荷对铁基复合材料磨损性能的影响,本试验选择耐磨性能较好的10%T iC/Fe

复合材料和10%Ti(C,N)/Fe 复合材料作为研究对象,载荷分别为50,80,100和120N,试验结果如图3所示

图3 载荷对两种铁基复合材料磨损性能的影响

F i g.3 Influence of load on the wear behavior of two i ron matrix com pos i tes

(a) 对磨损量的影响;(b) 对摩擦系数的影响

图3a 为载荷对10%TiC/Fe 和10%Ti(C,N)/Fe 复合材料磨损量的影响当载荷较小时,两种铁基复合材料磨损量较低、差别很小;当载荷超过100N 时,两种铁基复合材料的磨损量急剧增加、差别明显增大图3b 为试验载荷对两种铁基复合材料摩擦系数的影响两种铁基复合材料摩擦系数均随着载荷的增加呈先降低后逐渐平稳趋

势,在载荷为50N 时摩擦系数最大原因是:在较低载荷下,由于试样表面粗糙度大,引起摩擦系数较大;随着载荷的增加,磨损表面和亚表层受到正压力增加,亚表层塑性变形加大,磨面上的凸凹峰相互作用增大,其有效接触面增加,试样和摩擦副摩擦产生的热量增多,温度升高,导致试样表面粗糙度减小,摩擦系数降低;而当载荷增加到一定程

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度时,磨损表面和亚表层的塑性变形达到相对稳定的状态,表面磨损趋于稳定,摩擦系数也趋于稳定

对比图3a,图3b 可以发现,复合材料表现出高摩擦系数时耐磨性反而更好的现象,这表明铁基复合材料非常适合作摩擦材料,例如刹车片等,通过适当控制增强颗粒的种类、含量、尺寸等微观条件,进一步改进耐磨性与强度,铁基复合材料同样可以在模具应用方面显示出巨大前景 2.4 磨损机理的讨论

图4是不同载荷下两种铁基复合材料的磨损形貌的比较从图4a 可以看出,当载荷为50N 时,10%T iC/Fe 表面滑痕和犁沟现象不明显;随着载荷的增加,犁沟现象加剧,并伴有少量块状物

质脱落;当载荷继续增加达到120N 时(如图4b 所示),磨损表面有大量块状物质脱落,并伴随有大量细小裂纹出现这说明随着载荷的增加,10%TiC/Fe 由小载荷时的磨粒磨损为主变成为在更大载荷下的磨粒磨损+疲劳磨损图4c 为10%Ti (C,N)/Fe 在50N 载荷下的磨损表面,可以看出表面滑痕和犁沟较浅,有粒状物质存在,随着载荷的增加,犁沟加深加宽,粒状物质增多,当载荷增加到120N 时(图4d),10%T i(C,N)/Fe 试样表面犁沟宽而深,粘着切削现象严重,出现较多凹坑所以,改变载荷大小,10%T i(C,N)/Fe 的磨损机理从小载荷下主要为磨粒磨损,逐渐转化为黏着磨损+磨粒磨损为主

图4 不同载荷下两种铁基复合材料的磨损形貌

Fig.4 Morphology of worn surface of di fferent iron m atri x composites

(a) 10%T iC/Fe,50N;(b) 10%T iC/F e,120N;(c) 10%T i(C,N )/F e,50N ;(d) 10%T i(C,N )/Fe,120N

图4的分析可以解释图3中不同载荷下两种材料耐磨性变化的实验事实,当低载荷时,两种材料的磨损机理一致,因此表现出的耐磨性也相近;而高载荷时磨损机理不同,两种材料的耐磨性也出现了明显差别可见疲劳磨损情况下,铁基复合材料的耐磨性更差

为更深入对材料耐磨性进行分析,笔者选择了有代表性的材料对其进行扫描电镜下微观组织分析,希望能得到更充分、更有说服力的证据图5为各种颗粒增强铁基复合材料的显微组织图图5a 中Cr 3C 2颗粒与铁基体结合处有部分微裂纹现象,说明界面脆性强,对材料硬度贡献不大,

但对磨损性能影响较大主要是因为在磨损过程中,Cr 3C 2颗粒与基体的界面开裂,甚至脱落,导致磨损性能下降,因此Cr 3C 2/Fe 表现出最差的耐磨性图5b 中SiC/Fe 复合材料中界面不干净,经过研究,部分SiC 颗粒分解,与铁形成硅铁化合物[9],因此SiC/Fe 的耐磨性能不突出图5c 中TiC 颗粒与基体反应剧烈,界面脆性显著,所以表现出耐磨性也不是很好图5d 中Ti(C,N )/Fe 显微组织缺陷较少,颗粒清晰可见,与基体结合好,界面干净,是可经受一定变形量的强化粒子,所以耐磨性能最好

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第5期李杰等:不同颗粒增强铁基复合材料磨损性能的对比

图5 各种颗粒增强铁基复合材料的显微组织

Fig.5 M icrostructure of iron matrix com pos i tes reinforced by different particles (a) 10%Cr3C2/F e;(b) 10%SiC/Fe;(c) 10%T iC/F e;(d) 10%T i(C,N)/F e

3 结论

1)提出了分段加热工艺,证实了提高制备质量的作用,采用新工艺制备了SiC/Fe,TiC/Fe, Cr3C2/Fe和Ti(C,N)/Fe复合材料,均表现出很好的耐磨性能,磨损量均是#45钢的15%以下

2)T i(C,N)粒子对改善铁基复合材料磨损性能作用最强,SiC和TiC次之,Cr3C2虽然提高硬度和强度最显著但改善耐磨性效果最差

3)颗粒增强铁基复合材料的耐磨性与材料硬度没有直接对应关系,与基体界面可经受一定变形量的强化粒子,例如T i(C,N)对复合材料耐磨性提高作用最显著

4)复合材料的耐磨性随强化粒子含量的增加而提高,在10%达到最好,继续增加含量对耐磨性没有提高甚至会降低这与材料拉伸强度的变化规律是一致的

5)陶瓷颗粒增强铁基复合材料表现出高摩擦系数下耐磨性更好的特性,适当控制增强颗粒的种类、含量、尺寸等微观条件,在耐磨材料应用方面显示出巨大前景

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颗粒增强铝基复合材料的制备方法及其存在的问题20091311

颗粒增强铝基复合材料的制备方法及其存在的问题冶金0901班张莹 20091311

近年来，随着不断追求轻量化、高性能化、长寿命、高效能的发展目标带动牵引了轻质高强多功能颗粒增强铝基复合材料的持续发展。提出的低密度、高比强度、高比模量、低膨胀、高导热、高可靠等优异以及良好的抗磨耐磨性能和耐有机液体和溶剂侵蚀等综合性能要求，传统轻质材料已很难全面满足要求，如铝合金模量低、线胀系数较大; 钛合金密度较大、热导率极低; 纤维增强树脂基复合材料在空间环境下使用易老化等，颗粒增强铝基复合材料经过30 多年的发展，已在国外航空航天领域得到了规模应用，这充分验证了与铝合金、钛合金、纤维树脂基复合材料等传统材料相比具有的显著性能优势，奠定了颗粒增强铝基复合材料在材料体系中的地位和竞争态势。而且更重要的是，在世界范围内有丰富的铝资源，加之易于进行工艺加工成型和处理，因而制各和生产铝基复合材料比其他金属基复合材料更为经济，易于推广，可广泛应用于航空航天、军事、汽车、电子、体育运动等领域，因此，这种材料在国内外受到普遍重视。颗粒增强铝基复合材料已成为当下世界金属基复合材料研究领域中的一个最为重要的热点，各国已经相继进入了颗粒增强铝基复台材料的应用开发阶段，在美国和欧洲发达国家，该类复台材料的工业应用已开始，并且被列为二十一世纪新材料应用开发的重要方向并日益向工业规模化生产和应用的方向发展。本文旨在探讨颗粒增强铝基复合材料的制备方法及在亟待解决的各方面的问题，推进其应用发展的进程。主要制备方法介绍：增强体颗粒的分布均匀性和界面结合状况是影响复合材料性能的重要因素。因此，如何使增强体颗粒均匀分布于铝基体井与铝基体形成良好的界面结台是颗粒增强铝基复台材料制备过程中必须解决的两个最关键问题。以下是制备颗粒增强铝基复合材料的一些方法： 1、原位法原位法的原理是通过元素间或元素与化合物之间反应制备陶瓷增强金属基复合材料，是近年来迅速发展的一种新的复合工艺方法，目前已成功地在铝基中实现了硼化物、碳化物、氮化物等的原位反应。由于这些增强相引入的特殊性，不仅它的尺寸非常细小，而且与基体具有良好的界面相容性，使得这种复合材料较传统外加增强相复合材料具有更高的强度和模量，以及良好的高温性能和抗疲劳、耐磨损性能。原位自生铝基复合材料的制备方法较多，下面进行简略介绍。（1）自蔓延高温合成法：该技术是利用热脉冲使放热反应起始于反应剂粉末压坯的一端，其生成热使邻近的粉末温度骤然升高．发生化学反应并以燃烧波的形式蔓延通过整个反应物，当燃烧波推行前移时反应物转变成产物。该技术的特点是在无需外加热源的情况下，利用高放热化学反应放出的热量使其在引发后自身延续合成材料，节能，粉末纯度高，粒径细小，活性高，易于烧结并能获得高性能的材料。（2）原位热压放热反应合成法：该技术是在原位热压技术的基础上发展起来的一种新下艺。在制备过程中将反应物的物料混合或与某种基体原料混合后通过热压工艺制备，组成物相在热压过程中原位生成。该技术的突出优点是利用燃烧合成过程的放热反应，在产物处于反应高温时，施加一定的压力。使材料的致密与反应合成同时完成。获得了事半功倍的效果。（3）放热弥散技术：这种方法法是美国一个实验室在自蔓延法的基础上改进而来的。

铁基复合材料演讲稿

根据材料复合情况的不同, 可分为整体和表面复合两大类。粉末冶金法：颗粒增强铁基复合材料多采用成熟的粉末冶金法来制备, 即将增强体与基体合金粉末混合后冷压或热压烧结, 也可用热等静压工艺。制造过程的温度相对于液相法来说较低, 基体与增强物都呈固态，界面反应不严重, 产品可做到少余量或无余量, 从而减少机加工, 提高材料利用率。但该法不适合生产形状复杂和大型的零件, 且由于其工艺及装备复杂、生产周期长、成本高, 阻碍了它的应用和发展。铸造法：（外加增强体颗粒法）这种方法就是将固态的增强体颗粒逐步加入并混合于液态金属中制得金属基复合材料。但增强相往往会因与基体密度不同而产生凝聚、上浮或下沉, 难以均匀分布, 为此得采用粉料供给器均匀加入增强相材料或采用超声波、机械搅拌或半固态铸造法等。虽然该方法的设备与工艺相对简单, 但制件中容易形成气孔、夹杂, 增强体分布不均匀, 界面易发生反应等。该方法要求增强体与基体之间必须具有良好的润湿性, 否则会出现增强体与基体结合不良, 造成界面剥落。原位反应复合法：是一种新型的金属基复合材料制备方法, 与以上两种复合工艺相比, 它的增强体颗粒尺寸较细小, 表面无污染, 与基体的结合为冶金结合, 避免了与基体浸润不良的问题; 具有工艺简单、成本低的特点。将原位反应复合法与铸造技术相结合, 可制得形状复杂、尺寸大的构件, 直接得到近净形化的制品。此法虽在金

属基复合材料尤其是轻金属基复合材料的制备工艺中占有举足轻重的地位,但直到近几年才见到有关该法用于制备铁基复合材料的报道。高温自蔓延合成：Self Propagating High Temperature Systhesis,简称SHS。反应迅速( 0. 1~15cm/ s) 表面复合技术： A铸渗法：铸渗法是铸件表面合金化的一种方法, 即在铸型型壁上涂( 或贴) 覆具有一定配比的合金粉末膏剂( 也称涂覆层或膏块) , 当浇注成形时, 金属液浸透涂料的毛细孔隙, 高温的液态母材金属与合金粉末之间产生强烈热作用( 合金粉末溶解、熔化或发生化学反应) 并进行物质互渗, 以此改变铸件表层的结构和性能。该方法是在铸件表面原位生成复合层, 具有原位反应复合法的优点, 因而具有较大的发展优势。但铸渗法的复合层厚度难以控制是其致命的缺点。 B铸造烧结法：铸造烧结技术是近几年发展起来的一种新型制备表面复合材料的技术。它将一定配比的合金粉末所制成的压坯贴在铸型表面, 利用浇注过程金属液的热量在压坯中产生巨大的热流密度, 引发压坯中高温化学反应, 生成大量的陶瓷颗粒, 同时完成压坯的烧结致密化, 从而在铸件表面烧结反应生成表面复合材料。该方法借鉴了铸渗法在浇注过程中原位实现表面复合化这种简单工艺过

摩擦衬片(衬块)的磨损特性计算

摩擦衬片（衬块）的磨损特性计算摩擦衬片（衬块）的磨损与摩擦副的材质、表面加工情况、温度、压力以及相对滑磨速度等多种因素有关，因此在理论上要精确计算磨损性能是困难的。但试验表明，摩擦表面的温度、压力、摩擦系数和表面状态等是影响磨损的重要因素。汽车的制动过程，是将其机械能（动能、势能）的一部分转变为热量而耗散的过程。在制动强度很大的紧急制动过程中，制动器几乎承担了耗散汽车全部动力的任务。此时由于在短时间内制动摩擦产生的热量来不及逸散到大气中，致使制动器温度升高。此即所谓制动器的能量负荷。能量负荷愈大，则摩擦衬片（衬块）的磨损亦愈严重。制动器的能量负荷常以其比能量耗散率作为评价指标。比能量耗散率又称为单位功负荷或能量负荷，它表示单位摩擦面积在单位时间内耗散的能量，其单位为W/mm2 双轴汽车的单个前轮制动器和单个后轮制动器的比能量耗散率分别为式中：δ——汽车回转质量换算系数； ma——汽车总质量 v1 v2——汽车制动初速度与终速度，m/s；计算时轿车取v1= 100km/h（27.8m／s）；总质量 3.5吨以下的货车取vl=80km／h

（22.2m/s）；总质量3．5 t以上的货车取v1=65 km／h（18m／s）； t一制动时间，s;按下式计算 j一制动减速度，m/ s2计算时取j=0．6g； A1，A2一前、后制动器材特（衬块）的摩擦面积； β一制动力分配系数，见式（3-12）在紧急制动到v2=0时，并可近似地认为δ=1，则有鼓式制动器的比能量耗散率以不大于1.8 W/mm2为宜，但当制动初速度油vl低于式(4-25)下面所规定的v1时，则允许略大于 1.8 W/mm2。轿车盘式制动器的比能量D 耗散率应不大于6．0 W/mm2发比能量耗散率过高，不仅会加快制动摩擦衬片（衬块）的磨损，而且可能引起制动鼓或盘的龟裂。磨损特性指标也可用衬片（衬块）的比摩擦力即单位摩擦面积的摩擦力来衡量。单个车轮制动器的比摩擦力为式（4－27）Tf中：Tf一单个制动器的制动力矩； R一制动鼓半径（或制动盘有效半径）

颗粒增强铝基复合材料研究与应用进展

颗粒增强铝基复合材料研究与应用进展摘要：综述了颗粒增强铝基复合材料的研究现状，从基体、增强体的选择，铝基复合材料的制备方法，影响复合材料性能的因素和改善措施等方面进行阐述，并介绍了该复合材料的广泛应用。关键词：颗粒；铝基复合材料；制备方法; 应用 Abstract ：The research progress of particle reinforced aluminum matrix composite was summarized. The research status of the composite was reviewed in detail from the choice of the reinforcement and the matrix, the preparation technique of aluminum matrix composite, the factors which can affect the performance of the composite. Key words ：particle; aluminum matrix composite; preparation methods; application 1.前言铝基复合材料是以金属铝及其合金为基体 , 以金属或非金颗粒、晶须或纤维为增强相的非均质混合物。按照增强体的不同 , 铝基复合材料可分为纤维增强铝基复合材料和颗粒增强铝基复合材料。由于颗粒增强铝基复合材料具有高的比强度、比刚度，优良的高温力学性能和耐磨性，并且价格便宜，适于批量生产，良好的耐磨性和导热性能等优点，在航天、航空、汽车、电子、光学等工业领域具有相当广泛的应用前景。颗粒增强复合材料是指弥散的硬质增强相的体积超过 20％的复合材料，而不包括那些弥散质点体积比很低的弥散强化金属的金属基复合材料[1] 。此外，这种复合材料的颗粒直径和颗粒间距很大，一般大于1μｍ。在这种复合材料中，增强相是主要的承载相，而基体的作用则在于传递载荷和便于加工。这种材料虽然其增强效应远不及连续纤维，但它主要是可以弥补某些材料性能的不足，如增加刚度、耐磨性、耐热性、抗蠕变等。在这种复合材料中，硬质增强相造成的对基体的束缚作用能阻止基体屈服。颗粒复合材料的强度通常取决于颗粒的直径、间距和体积比，但基体很重要。除此之外，这种材料的性能还对界面性能及颗粒排列的几何形状十分敏感[2]。 2.铝基复合材料的选择

颗粒增强铝基复合材料的研究

颗粒增强铝基复合材料的研究姓名：陈云班级：10161201 学号：1016120118 【摘要】本文简要介绍了常见的几种颗粒增强铝基复合材料的增强颗粒和性质，以及颗粒增强铝基复合材料的制备方法和应用。【关键词】颗粒增强铝基复合材料碳化硅氧化铝碳化钛石墨粉末冶金原位反应合成 0 前言金属基复合材料是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料。铝基复合材料是金属基复合材料的一种，按照增强体形式不同可以分为长纤维增强铝基复合材料，短纤维增强铝基复合材料，晶须增强铝基复合材料及颗粒增强铝基复合材料。颗粒增强铝基复合材料的增强颗粒克服了制备过程中出现的纤维损伤，微观组织不均匀，纤维与纤维相互接触，反应带过大等影响材料性能的缺点。同时，颗粒增强铝基复合材料制备成本低廉，回收性和再利用性好，使其在各个领域都具有广泛应用。因此，本文将简要介绍颗粒增强铝基复合材料的部分相关内容。 1 颗粒增强铝基复合材料颗粒增强铝基复合材料具有密度小，比强度、比刚度高，剪切强度高，热膨胀系数低，热稳定性和导热、导电性能良好，以及抗磨耐磨性能和耐有机液体和溶剂侵蚀优良等一系列优点。颗粒的增强主要是弥散强化，颗粒越小，弥散强化的效果越好，材料的性能也就越佳。颗粒增强铝基复合材料增强体的选择要求颗粒在基体中高度弥散均匀分散，尺寸大小要适度，与基体间要有一定粘结作用，而且它们之间各方面都要相匹配。常见的增强颗粒有：碳化硅、碳化钛、氧化铝和石墨颗粒。 1.1 碳化硅颗粒增强铝基复合材料碳化硅颗粒增强铝基(SiC p/Al)复合材料是一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料，它是用碳化硅颗粒作为增强体，采用铝或铝合金作基体，按设计要求，以一定形式、比例和分布状态，构成有明显界面的多组相复合材料。通过改变碳化硅颗粒在复合材料中的含量，可以对材料的性能进行调整。一般随碳化硅体积含量的增

颗粒增强镁基复合材料概述

颗粒增强镁基复合材料颗粒增强金属基复合材料由于制备工艺简单、成本较低微观组织均匀、材料性能各向同性且可以采用传统的金属加工工艺进行二次加工等优点，已经成为金属基复合材料领域最重要的研究方向。颗粒增强金属基复合材料的主要基体有铝、镁钛、铜和铁等，其中铝基复合材料发展最快；而镁的密度更低，有更高的比强度、比刚度，而且具有良好的阻尼性能和电磁屏蔽等性能，镁基复合材料正成为继铝基之后的又一具有竞争力的轻金属基复合材料。镁基复合材料因其密度小，且比镁合金具有更高的比强度、比刚度、耐磨性和耐高温性能，受到航空航天、汽车、机械及电子等高技术领域的重视。颗粒增强镁基复合材料与连续纤维增强、非连续(短纤维、晶须等)纤维增强镁基复合材料相比，具有力学性能呈各向同性、制备工艺简单、增强体价格低廉、易成型、易机械加工等特点，是目前最有可能实现低成本、规模化商业生产的镁基复合材料。一、制备方法 1、粉末冶金法粉末冶金法是把微细纯净的镁合金粉末和增颗粒均匀混合后在模具中冷压，然后在真空中将合体加热至合金两相区进行热压，最后加工成型得复合材料的方法。粉末冶金的特点：可控制增颗粒的体积分数，增强体在基体中分布均匀；制备温度较低，一般不会发生过量的界面反应。该法工艺设备较复杂，成本较高，不易制备形状复杂的零件。 2、熔体浸渗法熔体浸渗法包括压力浸渗、无压浸渗和负压浸渗。压力浸渗是先将增强颗粒做成预制件，加入液态镁合金后加压使熔融的镁合金浸渗到预制件中，制成复合材料采用高压浸渗，可克服增强颗粒与基体的不润湿情况，气孔、疏松等铸造缺陷也可以得到很好的弥补。无压浸渗是指熔的镁合金在惰性气体的保护下，不施加任何压力对增强颗粒预制件进行浸渗。该工艺设备简单、成本低，但预制件的制备费用较高，因此不利于大规模生产。增强颗粒与基体的润湿性是无压浸渗技术的关键。负压浸渗是通过预制件造成真空的负压环境使熔融的镁合金渗入到预制件

碳化硅颗粒增强铝基复合材料

碳化硅颗粒增强铝基复合材料碳化硅颗粒增强铝基复合材料, 是目前普遍公认的最有竞争力的金属基复合材料品种之一。尽管其力学性能尤其是强度难与连续纤维复合材料相匹敌, 但它却有着极为显著的低成本优势, 而且相比之下制备难度小、制备方法也最为灵活多样, 并可以采用传统的冶金工艺设备进行二次加工, 因此易于实现批量生产。冷战结束后的20 世纪90 年代, 由于各国对国防工业投资力度的减小, 即使是航空航天等高技术领域, 也越来越难以接受成本居高不下的纤维增强铝基复合材料。于是, 颗粒增强铝基复合材料又重新得到普遍关注。特别是最近几年来, 它作为关键性承载构件终于在先进飞机上找到了出路, 且应用前景日趋看好, 进而使得其研究开发工作也再度升温。碳化硅颗粒增强铝基复合材料主要由机械加工和热处理再结合其的性质采用一定的方法制造。如铸造法、粘晶法和液相和固相重叠法等。碳化硅颗粒增强铝基复合材料碳化硅和颗粒状的铝复合而成，其中碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成，再和增强颗粒铝复合而成，增强颗粒铝在基体中的分布状态直接影响到铝基复合材料的综合性能,能否使增强颗粒均匀分散在熔液中是能否成功制备铝基复合材料的关键,也是制备颗粒增强铝基复合材料的难点所在。纳米碳化硅颗粒分布的均匀与否与颗粒的大小、颗粒的密度、添加颗粒的体积分数、熔体的粘度、搅拌的方式和搅拌的速度等因素有关。纳米颗粒铝

的分散的物理方法主要有机械搅拌法、超声波分散法和高能处理法。对复合材料铸态组织的金相分析表明，碳化硅复合材料挤压棒实物照片颗粒在宏观上分布均匀，但在高倍率下观察，可发其余代表不同粒度、含量的复台材料现SiC颗粒主要分布在树枝问和最后凝固的液相区，同时也有部分SiC颗粒存在于初生晶内部，即被初生晶所吞陷。从凝固理论分析，颗粒在固液界面前沿的行为与凝固速度、界面前沿的温度梯度及界面能的大小有很大关系，由于对SiC颗粒的预处理有效地改善了它与基体合金的润湿性，且在加入半固态台金浆料之前的预热温度大大低于此时的合金温度，故而部分SiC颗粒就可能直接作为凝固的核心而存在于部分初生晶的内部，但是太多数SiC在枝晶相汇处或最后凝固的液相中富集，这便形成了上述的组织形貌。金属中弥敷分布的铝对金属中的品界运动，位错组态及位错运动都有响．纳米碳化硅颗粒增强复合材料具有细小而均匀的组织其原因应该是细小而均匀分布的纳米颗粒高教率地占据空间，颗粒间距较小．有效地控制晶粒的长大；微米碳化硅颗粒增强复台材料中．颗粒尺寸较大，它在空间的分布间距也较大，由于基体热膨胀系数的差异而引起的局部应力也越大，造成了颗粒附近与远离颗粒处基体状态的差异．这种差异是造成微米颗粒增强复合材料组织不均匀的原因。碳化硅颗粒增强铝基复合材料的航空航天工程应用；1、在惯导系统中的潜在应用；在我国自行研制的诸多型号机载、弹载惯性导航系统中, 不同程度地存在着现用的铸造铝合金结构件比刚度不足、热

钛颗粒增强镁基复合材料的力学性能

钛颗粒增强镁基复合材料的力学性能1 丁浩，师春生，赵乃勤天津大学材料科学与工程学院，天津（300072） E-mail：wadxr@https://www.360docs.net/doc/f08026289.html, 摘要：本文采用粉末冶金方法制备了钛颗粒增强镁基复合材料，并对得到的复合材料的孔隙和硬度、拉伸强度、弹性模量、压缩强度等进行了分析、比较。得出了初压压力、质量分数、复压、合金化等对复合材料力学性能影响的规律。实验表明，用等静压方法压制的复合材料布氏硬度可达265HB，模压法制备的复合材料的抗拉强度可达到112MPa，优于基体的硬度和拉伸性能。此外，钛颗粒加入及粉末冶金的方法使复合材料的塑性降低，通过实验得到了复合材料的抗压强度40MPa。关键词：粉末冶金，复合材料，镁，钛颗粒，力学性能中图分类号：TG1 1.引言镁是近来金属研究的热点之一。镁的储量丰富，密度小，比强度、比刚度、比模量都优于钢铁、铝、铜等金属材料，甚至超过很多聚合物材料[1]。但是镁的耐蚀性能和抗氧化性能很差，电极电位低，绝对强度、刚度、硬度及耐磨性都很低。所以，工程上常用Al、Zn等金属与其构成合金，或与增强相复合形成复合材料，达到改善镁的性能的目的。近年来，纯镁除了小部分用于化学功能外，大部分镁以镁合金或复合材料的形式应用于门窗、轮彀、自行车构件、汽车配件、仪表等。此外，镁合金作为生物材料已经成功地应用于人造骨骼、人造器官等人体植入材料，性能已基本符合人体需求[2，3]。在未来的生物材料领域，镁合金或复合材料将以其优异的性能发挥更多的功能[4]。当前，常用于增强镁合金基体的增强相从形态上可分为颗粒（如：SiC颗粒、TiC颗粒）、晶须（如Al2O3晶须，Mg2B2O5晶须）以及纤维（如碳纤维、NiTi纤维）等。按照加入相的尺寸，可以分为纳米相（如纳米碳管）、微米相等[1]。常用的增强相为陶瓷相，陶瓷相一方面会增镁基复合材料近来受到了人们的关注。 P Perez和G Garces a使用粉末冶金的方法探索了金属Ti与金属Mg的复合材料[6，7]。Lu和Froyen等制备、研究了Ti增强镁铝合金的复合材料的显微组织和力学性能[8]。郗雨林等用钛合金增强MB15镁铝合金取得了很好的效果[9]。这些研究表明镁与钛的相容性很好。加之钛的诸多优点，如强度、硬度高，抗腐蚀性能极好，与镁不互溶,故能形成复合材料（镁钛二元相图见图1）等，选择钛增强镁及镁合金容易达到预定的效果。本文主要采用粉末冶金法制备金属Ti颗粒增强镁及镁合金基复合材料研究复合材料的组织结构对其力学性能的影响。 1本课题得到天津市科技发展基金（043186211）的资助。

昆明理工大学材料学院学生大四上学期专业课论文颗粒增强铝基复合汇报材料

铝基复合材料的研究发展现状与发展前景——颗粒增强铝基复合材料课程名称：复合材料学生：XX 学号：XXXXX 班级：XX 日期：20XX年X月X日

铝基复合材料的研究发展现状与发展前景 ——颗粒增强铝基复合材料 XX （刚理工大学，省市，650093）摘要：介绍了颗粒增强铝基复合材料的发展历史、制备工艺、性能及应用，以碳化硅颗粒增强铝基复合材料为例指出了颗粒增强铝基复合材料这一行业存在的问题，并对这种材料的未来发展趋势做了预测。关键词：颗粒增强铝基复合材料；历史；工艺；性能；应用；趋势 0.引言近年来在金属基复合材料领域, 铝基复合材料(包括纤维增强和颗粒增强)的发展尤为迅速。这不仅因为它具有重量轻、比强度、比刚度高、剪切强度高、热膨胀系数低、良好的热稳定性和导热、导电性能, 以及良好的抗磨耐磨性能和耐有机液体和溶剂侵蚀等一系列优点, 而且因为在世界围有丰富的铝资源, 加之可用常规设备和工艺加工成型和处理, 因而制备和生产铝基复合材料比其他金属基复合材料更为经济, 易于推广和应用,因此, 这种材料在国外受到普遍重视。而其中的颗粒增强铝基复合材料解决了纤维增强铝基复合材料增强纤维制备成本昂贵的问题, 而且材料各向同性, 克服了制备过程中出现的诸如纤维损伤、微观组织不均匀、纤维与纤维相互接触、反应带过大等影响材料性能的许多缺点。所以颗粒增强铝基复合材料已成为当今世界金属基复合材料研究领域中的一个最为重要的热点, 并日益向工业规模化生产和应用的方向发展。 1.发展历史金属基复合材料（复合材料）自60年代初期开始研究，现在已经取得了突破性的进展。初期研究的工作主要集中在连续纤维增强复合材料]1[,但由于连续长纤维本身的制造工艺复杂、价格昂贵，再加上纤维的预处理以及纤维增强复合材料制造工艺限制，使连续纤维增强复合材料成本极高，仅限用于要求极高性能的场合。因此，进入80年代，研究重点转向了成本较低的SiC、Al 2O 3 等颗粒或晶须作为增强材料的不连续增强复合材料，这种材料具有比刚度、比强度强，耐磨性、抗蠕变性好、热膨胀系数小等特点]2[，其比刚度超过了钢和钛合金，而价格不到钛合金的十分之一]3[，用以取代钢、钛等材料，对减轻产品结构重量，降低成本具有明显的经济效益，尤其是取代航空、航天飞行器中的合金钢、钛合金构件，更具有巨大的潜力。 20世纪70年代末，美国政府开始将复合材料列入武器研究清单，并对其研究成果限制发表。日本通产省在20世纪80年代初期开始实施的“下世纪产业基础技术”规划中，把发展铝基复合材料放在了主要位置，并在财力、物力上向有关院所、高校和公司倾斜。我国从20世纪80年代中期开始经过十几年的努力，在颗粒增强铝基复合材料的组织性能、复合材料界面等方面的研究工作已接近国际先进水平，铝基复合材料已列为国家“863”新型材料研究课题。

耐磨及减摩材料的摩擦磨损特性的探究..

耐磨耐蚀材料题目：耐磨及减摩材料的摩擦磨损特性探究学院：材料科学与工程学院专业：材料加工工程指导老师：路阳杨效田学生姓名：王鹏春学号： 132080503043 2104年5月1日

耐磨及减摩材料的摩擦磨损特性探究摘要：综述了耐磨及减摩材料的基本性能要求，简单阐述了常见的耐磨及减摩材料的成分、组织与性能等和目前耐磨及减摩材料的新进展及方向。最后，论述了耐磨及减摩材料在表面工程技术中的应用形式，及耐磨涂层的发展方向。关键词: 耐磨材料；减摩材料；耐磨涂层 0前言众所周知，摩擦磨损特性的探究对国民经济来说，有着非凡的意义。据统计，全世界大约有2/1-3/1的能源以各种形式消耗在摩擦上。而摩擦导致的磨损是机械设备零件失效的三大原因之一，大约有80%的损坏零件是由于各种磨损形式引起的[1]。为了节约能源和材料，解决因磨损带来的损失显得至关重要，随着技术水平的发展，而其解决措施也变得各种各样，而本文主要从最基础的材料的选择上入手，来综述耐磨及减摩材料的摩擦磨损特性的探究现状及发展方向。 1 耐磨材料材料的耐磨性通常是指在一定的工作环境下，摩擦副材料在，摩擦过程中抵抗磨损的能力。材料的耐磨性不是材料固有的本性，而是材料性质在一定的摩擦规范、表面状态、环境介质、工件结构、材料配对等某种条件下的体现。因此材料的耐磨性是相对的、有条件的。耐磨材料的一般性要求有以下几点[2]： 1.机械性能方面要有高的抗拉、抗压、抗拉、抗剪切强度；有高的硬度和韧性；有较高的相对延伸率；在摩擦的高温、高压下，机械性能应该稳定。 2.物理、化学性能方面要有良好的导热性，低的热膨胀系数，且各相的线膨胀系数差别要小；合金元素在其内的溶解度要高，分布要均匀；各相间微观电势要小，抗腐蚀性好；各相成分要在较宽的温度、压力范围内保持稳定。 3.金相结构方面金属晶体的滑移系要少；固溶体与强化相要恰当配合；强化相要有高的弥散性，分布要均匀；各相的位向要互相接近。 4.工艺性能方面要有良好的淬透性和机加工性，以及其他必要工艺性能，如铸件的铸造性。

颗粒增强铝基复合材料

颗粒增强铝基复合材料 1.复合材料 1.1复合材料的概述材料是社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。在许多方面，传统的单一材料已不能满足实际需要，这些都促进人们对材料的研究逐步摆脱过去单纯靠经验的摸索方法，向预定性能设计新材料的研究方展发展。复合材料(Composite Materials)一词大约出现在20世纪50年代，随之也出现复合材料较为严格的定义。复合材料是由两种或两种以上物理和纯学性质不固的物质组合两成的一种多相固体材料[1]。复合材料的组分材料虽然保持其相对的独立性，但复合材料的性能却不是组分材料的简单加和，两是有着重要的改进。复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。分散相是以独立的形态分布在整个连续相中，两相之间存在着相界面。分教相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料。自上世界40年代美国诞生了玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢)以来，新型增强材料不断出现，到目前为止，聚合物基、金属基、陶瓷基、混凝土基复合材料和碳，碳复合材料正以前所未有的速度发展。随着航天航空技术的发展，对结构材料的比强度、比模量、韧性、耐热、抗环境能力和加工提出了新的要求。高强度、高模量的耐热纤维和颗粒与金属复合，特别是轻金属复合焉成的金属基复合材料，克服了树脂基复合材料耐热性差和不导电、导热性能低等不足，加上增强体不仅提高了材料的强度，还可以保持密度变纯不大甚至降低。此外，这种材料还具有耐疲劳、耐磨耗、高阻尼、不吸潮放气等特点，已经广泛应用予尖端技术领域，是理想的结构材料。2l世纪我们面临筋将是复合材料迅猛发展和更广泛应用的时代[2-4]。 1.2颗粒增强铝基复合材料金属基复合材料(Metal Matrix Composite，简称MMC)是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料。其增强材料大多为无机非金属，如陶瓷、碳、石墨及硼等，也可以用金属丝。在结构材料方面，

磨损的特性 2

磨损特性机械零件的磨损过程通常经历不同的磨损阶段，直至失效。如图给出典型的磨损特性曲线(浴盆曲线)：图磨损特性曲线图中的纵坐标表示单位时间的磨损量，称磨损率。通常在磨合期内，磨损率比较大，并是递降的。然后进入一个较长时间的稳定期，磨损率较小并保持不变。直至某一点，斜率陡升，这预兆着磨损急剧增大，失效即将发生。对于一些磨损过程，例如滚动轴承或齿轮中发生的表面疲劳磨损，开始时磨损率可能为零，当工作时间达到一定数值后，点蚀开始出现并迅速扩展，磨损率迅速上升，很快发展为大面积剥落和完全失效。磨损阶段的描述： 1．磨合阶段(I阶段) 又称跑合阶段。新的摩擦副表面具有一定的表面粗糙度。在载荷作用下，由于实际接触面积较小，故接触应力很大。因此，在运行初期，表面的塑性变形与磨损的速度较快。随着磨合的进行，摩擦表面粗糙峰逐渐磨平，实际接触面积逐渐增大，表面应力减小，磨损减缓。一个崭新的，即加工后未经摩擦的固体表面总具有一定的表面粗糙度和比较尖锐的微凸体尖峰，实际上两个表面之间通过微凸体进入真实接触的面积是很小的。在这些接触着的微凸体之间会产生很大单位面积接触压力，乃至超过材料的

屈服强度，并造成微凸体材料的迁移，以及接触面之间的变形在局部微区产生很高的温度，致使接触面发生熔焊，随即又由于表面之间的相对运动而被撕裂。同时微凸体在相对运动过程中也很容易发生碰撞、折断、划伤。因此在磨合阶段，摩擦副表面的磨损量迅速增加，并达到较高的磨损率。另一方面由于加工和装配等工况原因，使接触表面之间的间隙不均匀，从而难以形成稳定的油膜，这时的润滑状态处于一种从边界润滑到混合润滑的过度；随着磨合阶段的结束，微凸体不断被磨平，促使它们之间的接触面积不断增大，而单位面积的接触压力随之减小，同时通过一定的磨损之后，摩擦副的间隙趋于均匀，油膜得以建立，即进一步向完全流体动力润滑过度；于是磨损率也随之减小，并向稳定磨损阶段过度。磨合阶段的轻微磨损为正常运行、稳定运转创造条件。通过选择合理的磨合规程、采用适当的摩擦副材料及合理的加工工艺、正确地装配与调整，使用含有活性添加剂的润滑油等措施能够缩短磨合期。上述磨合阶段最好受到监控，以免造成过度的磨损或磨合不够的情况产生。 2．稳定磨损阶段（II阶段）经过磨合，摩擦表面发生加工硬化，微观几何形状改变，建立了弹塑性接触条件。这一阶段磨损趋于稳定、缓慢，工作时间可以延续很长。它的特点是磨损量与时间成正比增加，间隙缓慢增大。稳定磨损阶段此时磨损量趋于平缓地增加，而磨损率则由高过度到低，并维持在一个比较稳定的水平上，表明零件摩擦副表面之间已形成较为稳定的油膜，在润滑油充裕的工况下处于一种流体动力润滑状态。流体动力油膜的存在不仅在很大程度上避免了微凸体尖峰受力为大部分表面处于一种比较均匀的受力状态。这对于减小磨损是极为有利的。特别是当油膜厚度大大超过两个接触表面的粗糙度时，摩擦副处于完全流体动力润滑状态；这时微凸体之间几乎不接触，摩擦表面依靠油膜传递压力，故磨损量保持在一个非常低的水平上。稳定磨损阶段是机器设备的正常工作阶段，稳定磨损阶段的长短与机器的工况有关，也与磨合阶段的磨合质量有关。这是因为机器在启动或停止的过程中，也就是摩擦副流体动力油膜建立或消除的过程，其润滑状态也就从边界—混合—完全流体的

颗粒增强金属基复合材料

高性能聚乙烯纤维及其复合材料发展与应用论文关键词：高性能聚乙烯纤维表面改性复合材料应用论文摘要：高性能聚乙烯纤维作为新型有机纤维，其性能与复合材料的应用是科研人员研究的热点之一。着重探究高性能聚乙烯纤维的性能、表面改性以及复合材料的应用等问题。近几年，纤维的高性能、高功能和高感性一直是研究者对新型化纤材料研究的重点，高性能聚乙烯纤维是继碳纤维、芳纶之后具有极其重要战略意义的新型纤维材料，因其独特的性能，该纤维及其增强复合材料已被广泛应用于多个领域，倍受研究人员与生产企业的青睐。 1 高性能聚乙烯纤维的结构及特点高性能聚乙烯纤维的高强高模特性来源于自身的超高相对分子质量、沿轴向高度取向和晶体结构。聚乙烯具有亚甲基相连的大分子链的化学结构，在超倍牵伸时，形成伸直链超分子结构，高性能聚乙烯纤维的优越性能完全是由于它的这种超分子结构决定的。高性能聚乙烯纤维的一个突出优点是密度低，为0.97g/cm3，使得其质量轻的同时，能够达到较大的比拉伸强度和拉伸模量；由于聚乙烯不含易与接触物质发生反应的羟基、芳香环等基团，使得其具有高耐酸碱腐蚀性；同时，高性能聚乙烯纤维熔点比普通聚乙烯低，沸水收缩率也较低。另外，即使在很低的温度下，该纤维仍能够保持柔软。 2 高性能聚乙烯纤维的缺点及改进现状高性能聚乙烯纤维有其不可避免的不足，如熔点低蠕变高，在制造复合材料的过程中具有较高的纤维表面惰性和较差的浸润性。这些特点直接影响了高性能聚乙烯纤维在复合材料中的应用范围，围绕高性能聚乙烯纤维制造与改性的研究也在近些年取得了阶段性成果。 1）改进低熔点和高蠕变。研究证明进行放射处理，使超高强聚乙烯纤维产生分子间交联，或提高其分子量或共聚（如使用有机过氧化物等化学物质）改性，均可使纤维蠕变得到改善，熔点得以提高。 2）改进纤维与基体的粘结性。高性能聚乙烯纤维的化学惰性和低表面能，决定了其与基体的粘合性很低，研究表明可以通过以下方法对其加以改进：①使用化学试剂进行处理。如用二甲苯、铬酸、高锰酸钾等强氧化性剂对高性能聚乙烯纤维表面进行氧化处理，产生含氧活性基团，与基体形成化学键，使其表面凸凹不平，加大其粗糙程度，提高其粘接性能； ②使用辐射引发表面接枝处理。用丙烯类单体，如丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯等，接枝在高性能聚乙烯纤维链上，提高纤维与树脂基体的粘接性能；③采用电晕放电处理及等离子处理。它是利用等离子体发生装置产生等离子流利用它冲击纤维表面达到很高表面活性的目的其总的效果是在纤维表面产生微凹痕增加纤维表面积通过处理，使其表面形成极性基团，从而提高其与树脂基体的粘接性能；④目前高性能聚乙烯纤维复合材料常用的树脂体。由于上述3种方都会损害纤维的综合性能为代价的，而且拉伸强度和模量下降尤为明显，所以寻找或合成树脂基体来提高粘接性则是较好的方式。经过大量研究，目前符合聚乙烯纤维复合材料用树脂基体条件的有聚氨酯类、橡胶类、乙烯酯类树脂体。 3 高性能聚乙烯纤维复合材料类型高性能聚乙烯纤维复合材料主要有以下几类： 1）自增强类。是以高密度聚乙烯或低密度聚乙烯为基体材料，以高性能聚乙烯纤维为增强体的纤维增强复合材料。选择同一类型的聚乙烯树脂作为基体材料能够改善UHMPE的界面粘结性差的缺点，并且有利于回收再利用的现代环保要求。 2）填充型复合材料。这种符合材料是在以往材料的基础上，为完善其综合性能而进行

磨损特性曲线2

磨损特性曲线2 机械零件的磨损过程通常经历不同的磨损阶段，直至失效。如图给出典型的磨损特性曲线(浴盆曲线)：图磨损特性曲线图中的纵坐标表示单位时间的磨损量，称磨损率。通常在磨合期内，磨损率比较大，并是递降的。然后进入一个较长时间的稳定期，磨损率较小并保持不变。直至某一点，斜率陡升，这预兆着磨损急剧增大，失效即将发生。对于一些磨损过程，例如滚动轴承或齿轮中发生的表面疲劳磨损，开始时磨损率可能为零，当工作时间达到一定数值后，点蚀开始出现并迅速扩展，磨损率迅速上升，很快发展为大面积剥落和完全失效。磨损阶段的描述： 1．磨合阶段(I阶段) 又称跑合阶段。新的摩擦副表面具有一定的表面粗糙度。在载荷作用下，由于实际接触面积较小，故接触应力很大。因此，在运行初期，表面的塑性变形与磨损的速度较快。随着磨合的进行，摩擦表面粗糙峰逐渐磨平，实际接触面积逐渐增大，表面应力减小，磨损减缓。一个崭新的，即加工后未经摩擦的固体表面总具有一定的表面粗糙度和比较尖锐的微凸体尖峰，实际上两个表面之间通过微凸体进入真实接触的面积是很小的。在这些接触着的微凸体之间会产生很大单位面积接触压力，乃至超过材料的屈服强度，并造成微凸体材料的迁移，以及接触面之间的变形在局部微区产生很

高的温度，致使接触面发生熔焊，随即又由于表面之间的相对运动而被撕裂。同时微凸体在相对运动过程中也很容易发生碰撞、折断、划伤。因此在磨合阶段，摩擦副表面的磨损量迅速增加，并达到较高的磨损率。另一方面由于加工和装配等工况原因，使接触表面之间的间隙不均匀，从而难以形成稳定的油膜，这时的润滑状态处于一种从边界润滑到混合润滑的过度；随着磨合阶段的结束，微凸体不断被磨平，促使它们之间的接触面积不断增大，而单位面积的接触压力随之减小，同时通过一定的磨损之后，摩擦副的间隙趋于均匀，油膜得以建立，即进一步向完全流体动力润滑过度；于是磨损率也随之减小，并向稳定磨损阶段过度。磨合阶段的轻微磨损为正常运行、稳定运转创造条件。通过选择合理的磨合规程、采用适当的摩擦副材料及合理的加工工艺、正确地装配与调整，使用含有活性添加剂的润滑油等措施能够缩短磨合期。上述磨合阶段最好受到监控，以免造成过度的磨损或磨合不够的情况产生。 2．稳定磨损阶段（II阶段）经过磨合，摩擦表面发生加工硬化，微观几何形状改变，建立了弹塑性接触条件。这一阶段磨损趋于稳定、缓慢，工作时间可以延续很长。它的特点是磨损量与时间成正比增加，间隙缓慢增大。稳定磨损阶段此时磨损量趋于平缓地增加，而磨损率则由高过度到低，并维持在一个比较稳定的水平上，表明零件摩擦副表面之间已形成较为稳定的油膜，在润滑油充裕的工况下处于一种流体动力润滑状态。流体动力油膜的存在不仅在很大程度上避免了微凸体尖峰受力为大部分表面处于一种比较均匀的受力状态。这对于减小磨损是极为有利的。特别是当油膜厚度大大超过两个接触表面的粗糙度时，摩擦副处于完全流体动力润滑状态；这时微凸体之间几乎不接触，摩擦表面依靠油膜传递压力，故磨损量保持在一个非常低的水平上。稳定磨损阶段是机器设备的正常工作阶段，稳定磨损阶段的长短与机器的工况有关，也与磨合阶段的磨合质量有关。这是因为机器在启动或停止的过程中，也就是摩擦副流体动力油膜建立或消除的过程，其润滑状态也就从边界—混合—完全流体的

铁基复合材料的研究进展综述

引言复合材料是由两种或两种以上物质组成，材料中各组分保持自己的化学性质不变，而复合材料本身具有两种材料的性质，甚至具有其组成元素所不具有的新的性质。因此复合材料将是以后的发展方向。铁是最常用的功能材料，改善和提高铁基体的性质具有很大的研究价值。将低密度、高刚度和高强度的增强体颗粒加入到铁基体中，在降低材料密度的同时，提高了它的弹性模量、硬度、耐磨性和高温性能，可应用于刀具及耐磨零件等工业领域。１、国外铁基复合材料的发展本论文项目为中国地质大学（北京）大学生创新性实验计划项目铁基复合材料的研究进展综述耿学文１，２　赵洪波１，３　樊振军１１、中国地质大学（北京）实验物理教学示范中心　１０００８３２、中国地质大学材料科学与工程学院１０００８３３、中国地质大学工程技术学院　１０００８３１９５９年，文献［１］利用粉末冶金工艺制备了Ａｌ２Ｏ３颗粒增强Ｆｅ基复合材料。试验证明氧化物分散在铁基体中能提高铁基体的抗蠕变性能。这是首次对铁基复合材料进行的研究。１９７１年，文献［２］制备了Ａｌ２Ｏ３颗粒弥散强化铁基复合材料，通过电子显微镜观察了颗粒与基体的界面结合情况，发现表面活性元素可有效降低界面能。１９７５年，文献［３］采用粉末冶金法制备了ＴｉＣ颗粒增强铁基复合材料，采用粉末烧结成形工艺。发现ＴｉＣ颗粒的加入提高了材料的硬度、强度和耐磨性，同时证明颗粒的体积分数将很大程度上决定了材料的性能。１９８３年，文献［４］采用粉末冶金法将炭黑、Ｖ粉（或Ｔｉ粉或Ｃｒ粉）与铁粉混合，在１３００～２０００Ｋ温度间烧结成形，获得了原位ＶＣ／Ｆｅ（Ｔｉ／Ｆｅ或Ｃｒ３Ｃ２／Ｆｅ）铁基复合材料。研究显示，ＶＣ／Ｆｅ和ＴｉＣ／Ｆｅ比Ｃｒ３Ｃ２／Ｆｅ容易烧结，且性能优于Ｃｒ３Ｃ２／Ｆｅ　，其硬度和耐磨性很高，可用于制作刀具。１９９０年，文献［５］将ＴｉＣ陶瓷颗粒加入Ｆｅ－Ｃ合金熔体中，并外加电磁搅拌，制备了ＴｉＣ／Ｆｅ复合材料。研究发现复合材料的显微结构与合金熔体的成分、外加ＴｉＣ的体积分数及颗粒尺寸、混合温度与时间及冷却速率都有关。并指出复合材料的耐磨性能随着ＴｉＣ体积分数的增加而增加，随着颗粒尺寸和颗粒间距的增大而降低。１９９６年，英国诺丁汉大学和英国ＬＳＭ公司的研究者利用高温自蔓延烧结工艺（Ｓｅｌｆ　Ｐｒｏｐａｇａ－ｔｉｎｇ　Ｈｉｇｈ　ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｙｓｔｈｅｓｉｓ，简称ＳＨＳ）制备了（Ｗ，Ｔｉ）Ｃ／Ｆｅ复合材料，碳化物呈球形，直径在１～１０μｍ之间，在基体中分布均匀。且可根据使用性能的要求调整碳化物的质量分数。１９９９年，文献［６］采用高能电子束辐射工艺，成功制备了ＴｉＣ／Ｆｅ表面复合材料。他们将ＴｉＣ颗粒与熔剂材料（ＭｇＯ－ＣａＯ）混合制成的粉末涂覆于碳钢基体上，用高能电子束辐射，使粉末与基体表面熔化，ＴｉＣ颗粒在随后的冷却过程中沉淀并与基体牢固地结合。研究发现熔剂的最佳质量分数为１０％～２０％，颗粒在表面分散均匀，复合材料层厚度可达２．５ｍｍ。试验表明材料的硬度和耐磨性提高很多。２００７年，文献［７］利用粉末冶金技术，使ＦｅＶ和石墨体系在真空烧结炉中发生碳化反应，生成ＶＣ颗粒分布均匀、颗粒圆整、致密度高的铁基复合材料；通过ＳＥＭ、ＸＲＤ、磨损实验表明，复合材料具有良好的耐磨性能，且ＶＣ颗粒分布均匀，与基体结合良好。２、制备方法２．１粉末冶金成形　粉末冶金是一种制取金属粉末以及采用成形和烧结工艺将金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）制成制品的工艺技术。随着技术的发展，各种新工艺相继出现并得到广泛的应用，这里简单介绍两种：２．１．１温压技术温压技术的原理是：将加有特殊润滑剂的预制金属粉末和模具等加热至１３０～１５０℃，并将温度波动控制在±２．５℃以内，然后进行压制、烧结而制得金属粉末冶金结构零件。该工艺只通过一次压制便可生产出高密度、高强度、低成本的粉末冶金零件。２．１．２流动温压技术流动温压技术是德国Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ应用材料研究所研发出来的粉末冶金新技术［８］。该工艺是在粉末压制、温压成形工艺的基础上，结合金属粉末注射成形工艺的优点而提出来的一种新型粉末冶金零部件成形技术。其突出优点在于加入了合适比例的微细粉末、加大了润滑剂的含量，从而使得粉末的流动性能、填充能力和成型能力得到了明显的提高，当零件模型有与压力方向垂直的部位或是带孔洞、螺纹等形状的复杂形状时，这种成形方法显示了它的优越性，不需要进行再加工［９］。２．２金属粉末注射成形

SiC增强铝基复合材料

碳化硅增强铝基复合材料班级：gj材料102 姓名：陈琨指导老师：张小立 2012年6月6日

SiC增强铝基复合材料摘要：SiC增强铝基复合材料能充分发挥SiC颗粒和金属基体的各自优势，而且可以进行成分设计，与基体合金相比，具有优异的机械性能和物理性能、高的比强度和比模量、良好的抗疲劳性能、低的热膨胀系数和良好的热稳定性，而且材料各向异性小，成本低廉，是一种具有广阔应用前景的先进材料，自问世以来一直受到材料科学及工程应用领域极大的重视，正在部分取代传统的金属材料而应用在航空航天、汽车、电子封装和体育器械等对材料性能要求较高的领域。本文将综合介绍和分析影响其导热性能、热膨胀系数及热稳定性的主要因素；SiC增强铝基复合材料的研究和进展，并比较了几种该复合材料的制备工艺，包括搅拌铸造法、压力铸造法、无压渗透法、喷雾沉积法、离心铸造法和粉末冶金法等；SiC增强铝基复合材料断裂韧性的影响因素，其影响因素有增强相的尺寸、形状以及含量，热处理工艺，基体与增强相具有不同的膨胀系数，金属基体的化学成分等，并在前人研究的基础上提出了几点设想。关键词：SiC 颗粒；铝基复合材料；研究方法；导热性；热膨胀性；断裂韧性；影响因素前言近年来在金属基复合材料中，以颗粒、短纤维、晶须等非连续相增强的铝基复合材料(SiC Reinforced Aluminium Matrix Composite)因其良好的可再加工性和各向同性而倍受重视。由于其具有高的比强度、比刚度、导热性, 优良的摩擦性能，与铝合金密度相当，以及可调配的热膨胀系数等优点而成为目前国内外专家学者研究的热点之一。而SiCp 价格低廉，来源广泛，用它作为增强相，可以改善铝基或铝合金基体的高、低温强度，提高其弹性模量，增强其耐磨性能。所以铝基复合材料受到人们越来越广泛的关注, 国内外已对其进行了大量的研究报道。 1．SiC增强铝基复合材料的制备工艺【1】