基于旋轉(zhuǎn)摩擦擠壓法制備的CNTs-Al復(fù)合材料磨損機(jī)理研究.pdf

1、本文以5A06Al-H鋁合金為基材，采用旋轉(zhuǎn)摩擦擠壓(Rotational Friction Extrusion，RFE)法制備了碳納米管(Carbon Nanotubes，CNTs)體積分?jǐn)?shù)為1％~5%的CNTs/5A06Al復(fù)合材料，研究了RFE加工及CNTs體積分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合材料的成形、顯微組織和硬度的影響，通過摩擦磨損試驗(yàn)測(cè)量了CNTs/5A06Al復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損量，運(yùn)用SEM觀察了復(fù)合材料的磨損表面、亞表面以及磨屑的結(jié)構(gòu)

2、特征，研究了其在不同磨擦階段的摩擦磨損機(jī)理。
　　結(jié)果表明：RFE法可制備具有一定形狀尺寸的CNTs/5A06Al復(fù)合材料，復(fù)合材料的成形質(zhì)量好。復(fù)合材料的顯微組織為經(jīng)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后的細(xì)小等軸晶，CNTs在鋁合金基體中分布均勻，且CNTs與基材之間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，生成了Al4C3相。復(fù)合材料的硬度隨CNTs體積分?jǐn)?shù)增加而增加，當(dāng)CNTs體積分?jǐn)?shù)超過4%時(shí)，其硬度開始降低。4%CNTs/5A06Al復(fù)合材料的硬度為108.9 HV，是

3、RFE態(tài)基材的1.2倍。
　　RFE加工降低了基材的摩擦系數(shù)和磨損率。CNTs/5A06Al復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損率隨CNTs含量的增加逐漸降低，當(dāng)CNTs體積分?jǐn)?shù)大于4%時(shí)，摩擦系數(shù)和磨損率開始增加。4%CNTs/5A06Al復(fù)合材料的摩擦系數(shù)為0.218比RFE態(tài)基材降低了16.5%；其磨損率為0.1099×10-3mm3/J比RFE態(tài)基材磨損率降低了42%。
　　在摩擦過程中，CNTs/5A06Al復(fù)合材料的磨損表面

4、會(huì)形成一層光滑的潤(rùn)滑膜，其亞表面為層狀結(jié)構(gòu)，可以劃分為潤(rùn)滑膜、塑性變形層及未變形的復(fù)合材料三個(gè)區(qū)域。H態(tài)基材的磨損機(jī)制主要是嚴(yán)重的粘著磨損并伴有輕微的磨粒磨損；RFE態(tài)基材的磨損機(jī)制為粘著磨損和磨粒磨損；3%CNTs/5A06Al復(fù)合材料的磨損機(jī)制為潤(rùn)滑膜剝落的剝層磨損和磨粒磨損。
　　CNTs/5A06Al復(fù)合材料滑動(dòng)摩擦?xí)r，可以分為跑合階段、亞穩(wěn)定摩擦階段和穩(wěn)定摩擦階段。在跑合階段，主要是復(fù)合材料與摩擦副的接觸點(diǎn)的剪切和破壞；