Al-ZrO-,2-、Al-ZrO-,2--C系鋁基復合材料的制備、反應機理及性能.pdf

1、摘要摘要運用放熱彌散法反應合成AI.ZrOZ和AI.ZrOZ.C系鋁基復合材料，探索其制備工藝，分析反應過程的熱力學，并結合DSC建立反應過程的動力學模型。采用金相顯微鏡、SEM和XRD等現(xiàn)代手段對反應產物及其微觀組織進行了分析，測試了材料的常溫力學性能和干滑動摩擦磨損性能，并對其強化機理和磨損機理分別進行了探討。研究發(fā)現(xiàn)反應過程中液態(tài)AI首先與ZrOZ顆粒發(fā)生化學反應，生成熱力學穩(wěn)定的a.A12偽和活性Zr原子，由于aA12偽與液態(tài)用

2、的不潤濕性，偏聚于反應界面，而活性錯原子則在高溫和濃度梯度的作用下穿過反應界面進入基體AI液中形成A13zr或與C反應生成ZrC，隨著反應的進行，生成的川3Zr逐漸轉變?yōu)闊崃W穩(wěn)定的ZrC。力學性能研究發(fā)現(xiàn)，隨著增強相體積分數(shù)的增加，復合材料的抗拉強度顯著提高，但延伸率呈下降趨勢。增強相體積分數(shù)為30%的復合材料，當OZrOZ摩爾比為0時，增強體由a一川2偽和AI刃組成，抗拉強度和延伸率分別為Z15N[Pa和3%，此時斷口表現(xiàn)為棒狀物的

3、斷裂以及部分細小韌窩:隨著CZ嘆乃摩爾比的提高，棒狀物AI杯r逐漸減少，當CZZr()2摩爾比為1時，川止r基本消失，增強體由a.A1203和zrC組成，抗拉強度和延伸率分別上升至245MPa和8%，此時斷口表現(xiàn)為細小的等軸韌窩。該復合材料的增強機理主要有彌散強化、細晶強化、位錯強化和固溶強化。千滑動摩擦磨損試驗表明，增強相體積分數(shù)為30%的復合材料，在滑動路程為30()Il1，滑動速度為0.5n以5的條件下，復合材料的磨損率隨外加載荷

4、的增大而增加，且隨著CZrOZ摩爾比的增加，這種趨勢變的比較緩慢。在外加載荷為40N，滑動路程為30腸舊的條件下，材料的磨損率則隨滑動速度的增加而降低。磨損表面及亞表面的SEM及金相觀察發(fā)現(xiàn)，未加C粉時，A13Zr含量多、脆性大，易在剪切力和法向應力的作用下斷裂形成磨粒，同時由于亞表層的塑性變形導致在AI必和基體的界面產生位錯塞積，引起應力集中，使脆性相A13zr斷裂形成裂紋核，并在水平方向擴展，逐漸形成與基體分離的薄層，在正應力的作用

5、下剝落，對磨后形成大量的磨屑，此時復合材料的磨損以磨粒磨損為主，粘著磨損和氧化磨損為輔。隨著CZrOZ摩爾比的增加，脆性相A13Zr逐漸減少，復合材料的強度和硬度提高，抗剝落的能力加強，脫落的磨粒也相對減少，此時，復合材料的磨損以粘著磨損為主，磨粒磨損和氧化磨損為輔。關鍵詞:鋁基復合材料放熱彌散差示掃描熱分析力學性能摩擦磨損人b滋舊口~一一一一~，~衍ththemcreas噸oftheslidingve】ocity.TheobServa

6、tionofwearsuIfaceaDdsubsurfaCebySEMdiscoveredth成認七即basnotaddedtheCpowder，thesaJ力PlebasmanyA13Zrparti闊5，協(xié)七。se儷tlenesbecomebig.徹ptUredtofonnthe汕rasiveeasilrwiththe五田ctionofthesheaZ初gforCeand，比es.5汕ul掃叮eously，thePI翻蛇Icdefon

7、natinnofsubsurfacelayer】.川曰to少educedislo。時ionintheinte日兔ceofA13Zrandma創(chuàng)風帥us噸slesconCeninnes，叨dthebri川e月3Zrbreakedtoformthe分kcore，expandedinthebo比陽D園direCti嘰腳duallyformedthcthinlayerwhichseP叮ated誡ththe剛dx，nak記。任朋derthestr

8、es丘山ctl嘰明dthenfonnedm朋ygr訪dcn刀nbsa腸errubbing.八刀dnowthe的曉匕ive『an‘w.獷would加山ethemleinthe、v。理叻dtheotherssuchasoxldadionandadbesion份和加川山以比dtoit.V萬tbtheinc~gofC左全02m01arratio，thebritleA13Zrred匹ed朗汕川ly，也eint?！眎tyandbardnessofc

9、ompositeswere皿proved，andtheantl一flakingabilityer血an以刃，此目萬留Ivegral刀scon”Dgof日50份ducedrelatlvely，andnowthea曲esionw‘趁協(xié)心uld加山etheroleinthewearandthe。山饑weresu加rdin成edtoitKeywords:alulinummatr議comPOsi枉污以以hernicdispersiondifi湘n