制備工藝對Al基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能影響

　　這篇材料科學(xué)論文發(fā)表了制備工藝對Al基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能影響，Al基復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)熱、耐磨性能，論文對Al基復(fù)合材料的制備工藝進(jìn)行了探討，在不同的制備工藝下，會產(chǎn)生不同結(jié)構(gòu)和性能的Al基復(fù)合材料，使其在航空航天、汽車工業(yè)以及其它領(lǐng)域具有更廣闊的應(yīng)用前景。

　　【摘要】：研究了不同燒結(jié)溫度對Al-20%Si C復(fù)合材料顯微組織、致密化和摩擦磨損性能的影響。隨著燒結(jié)溫度的提高,燒結(jié)體組織晶粒不斷粗化,孔隙減少、尺寸降低;燒結(jié)體的相對密度提高。隨著燒結(jié)溫度的升高,燒結(jié)試樣的摩擦系數(shù)與磨損量逐漸降低,材料的耐磨性能越來越好。最佳燒結(jié)溫度為550℃。

　　【關(guān)鍵詞】： 材料科學(xué)論文,Al基復(fù)合材料,燒結(jié)溫度,力學(xué)性能

　　Al 基粉末冶金摩擦材料由于其具有良好的導(dǎo)熱、耐磨及摩擦因數(shù)高等特性而廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、船舶和工程機(jī)械等剎車裝置及離合器上。由于純Al 強(qiáng)度不高，故采取在Al 基體中添加Cu、Mg、Fe 合金元素來提高材料的強(qiáng)度和硬度，通過改變它們的百分含量來研究基體的摩擦磨損性能。材料中加入SiC 粉末用以提高摩擦因數(shù)，以石墨C 作為潤滑組元。本文采用用粉末冶金方法制備Al 基復(fù)合材料，研究制備工藝對Al 基復(fù)合材料的組織及性能的影響。

　　1 實(shí)驗(yàn)

　　實(shí)驗(yàn)原料采用粒度< 100μm 鋁粉( 純度≥99. 0%) 和粒度<200μmSiC 粉( 純度≥99. 0%) 。按照質(zhì)量百分比Al + 20% SiC 配比稱取粉末，以無水乙醇為混料介質(zhì)，在行星式球磨機(jī)中混料。將混合后粉末在100MPa 下單向軸向壓制成形，壓制后的坯體樣品在真空爐中分別在500℃、550℃、600 ℃、650 ℃燒結(jié)，保溫2h，之后隨爐冷卻。采用排水法測量合金燒結(jié)體的體積密度，采用顯洛氏硬度計測試樣品的硬度。合金樣品經(jīng)砂紙打磨，機(jī)械拋光后，用JSM - 6510LA 掃描電鏡分析樣品組織形貌。摩擦磨損試驗(yàn)在M - 2000 型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。

　　2 結(jié)果與討論

　　由圖1 可以看出，燒結(jié)溫度為550°C，樣品密度和硬度值最大。在燒結(jié)的過程中，分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié)兩個過程，固相燒結(jié)過程中，坯體的燒結(jié)主要依靠不同組分顆粒之間的互擴(kuò)散與坯體的合金均勻化過程來完成，由于顆粒不能發(fā)生相對運(yùn)動，所以坯體燒結(jié)的致密化程度較低，坯體內(nèi)部存在大量的孔隙。當(dāng)液相生成后，在不平衡的毛細(xì)管力作用下，固體顆粒進(jìn)行位置的調(diào)整與重新分布以達(dá)到最緊密的排布，這時燒結(jié)體的致密化程度和密度迅速增大。因此當(dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到550°C 以后，隨著燒結(jié)溫度的繼續(xù)升高，燒結(jié)過程中逐漸出現(xiàn)大量的液相，坯體孔隙率明顯下降，致密化程度與密度急劇減少。

　　由粘著磨損和磨粒磨損表達(dá)式知道磨損量與硬度成反比所以選擇這兩組試樣做磨損實(shí)驗(yàn)，從上圖可以看出硬度最大的時候磨損量最小，球磨時間相同時溫度越高，磨損量先減少后增加。綜上所述，燒結(jié)溫度為550 °C時磨損量最少，耐磨性最好。

　　樣品表面有適量的陶瓷顆粒，分布比較比較均勻，這些陶瓷顆粒就是增強(qiáng)Al 基材料性能的顆粒。當(dāng)?shù)蜏責(zé)Y(jié)時，由于燒結(jié)不充分，材料中含有大量的孔隙，基體中各組元結(jié)合不夠緊密，增強(qiáng)相顆粒與基體組元間的結(jié)合被消弱。當(dāng)燒結(jié)溫度為550 °C 時，孔隙度較小，組織結(jié)構(gòu)分布較均勻，故其致密化程度較高，其耐磨性較高。圖3 燒結(jié)溫度為550 °C 樣品的SEM 圖片

　　3 結(jié)論

　　采用粉末冶金法制備出Al 基復(fù)合材料，研究了不同燒結(jié)溫度對材料的組織和力學(xué)性能的影響。隨著燒結(jié)溫度的升高，組織結(jié)構(gòu)分布較均勻，燒結(jié)體的致密化程度和耐磨性得到提高。最佳燒結(jié)溫度為550 °C 時，樣品具有較高的密度和較好的耐磨性。

　　推薦期刊：《新材料新裝飾》是經(jīng)國家新聞出版總署正式批準(zhǔn)，系由中國建筑材料科學(xué)研究院承辦、陜西省建筑材料工業(yè)總公司主管主辦的科學(xué)建筑、建材、裝飾設(shè)計類國家級綜合性學(xué)術(shù)期刊。