Al2O3颗粒增强铝基复合材料的研究

论文摘要

Al2O3/Al复合材料以其优异的导电、导热、耐磨性能以及低的热膨胀系数,引起了工业界极大重视。本文研究了一种制备Al2O3/Al复合材料的新方法,使之可用于生产优质空压机气缸套,在研究中设计并制造了一套专用制备装置,该装置率先采用在真空状态下的电磁与机械复合搅拌技术;制备了体积分数为5%、10%、15%、20%的Al2O3/Al复合材料样品,并通过对基体材料和复合材料的微观组织分析、耐磨性能及力学性能测试,在与灰铸铁和45碳钢作了对比分析后得到了以下主要结论:（1）Al2O3/Al复合材料具有优良的耐磨性能,在油润滑条件下,复合材料的耐磨性能比基体合金高一个数量级。磨损表面微观分析表明,复合材料的磨损过程是粘着磨损和磨粒磨损两种机制共同作用的结果。（2）扫描电镜显微分析显示,当加入的Al2O3颗粒体积分数超过10%时,出现Al2O3颗粒团聚与聚集现象,工艺参数有待于进一步优化。（3）在一定体积分数内,复合材料的抗拉强度随Al2O3颗粒体积含量的增加而增加,但增强体Al2O3颗粒过多时,复合材料中的增强体聚集区和增强体/增强体界面反而会恶化材料的力学性能。（4）加入Al2O3颗粒体积分数为10%的样品的耐磨性能最好,其耐磨性能优于灰铸铁和45钢,但力学性能略低于灰铸铁和45钢,有望成为空压机气缸套的替代材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 引言
• 1.2.1 金属基复合材料的特性
• 1.2.2 铝基复合材料的发展及应用
• 1.3 颗粒增强铝基复合材料的研究现状
• 1.3.1 颗粒增强铝基复合材料的制备方法
• 1.3.2 制备颗粒增强铝基复合材料的技术问题
• 1.3.3 颗粒增强铝基复合材料的应用
• 1.4 机械搅拌技术和电磁搅拌技术
• 1.4.1 机械搅拌技术的原理与应用
• 1.4.2 电磁搅拌技术的原理与应用
• 1.5 颗粒增强金属基复合材料机理
• 1.5.1 强度增强机制
• 1.5.2 摩擦磨损机制
• 1.6 颗粒与基体的界面
• 1.7 改善颗粒增强铝基复合材料润湿性的方法
• 1.7.1 润湿性
• 1.7.2 改善润湿性的方法
• 1.8 本文的来源与研究内容
• 1.8.1 本文的来源
• 1.8.2 本文的研究内容
• 第二章 实验方法
• 2.1 真空熔炼装置的设计
• 2.1.1 制备装置的总装图
• 2.1.2 坩埚的设计
• 2.1.3 搅拌器的设计
• 2.1.4 电机的隔热冷却措施
• 2.1.5 倒料装置的设计
• 2.1.6 真空装置设计
• 2.2 复合材料的制备
• 2.2.1 基体材料的选择
• 2.2.2 增强体的选择
• 2.2.3 样品的标识
• 2.2.4 计算称量
• 2.2.5 复合材料的制备设备与工具
• 2.2.6 熔炼用辅助材料的选择
• 2.2.7 工艺方案的选择
• 2.2.8 制备的工艺过程
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 耐磨性能测试
• 2.3.2 室温拉伸性能测试
• 2.4 结构分析与表征
• 2.4.1 电子天平
• 2.4.2 复合材料的光学金相分析
• 2.4.3 X射线衍射（XRD）分析
• 2.4.4 扫描电子显微镜（SEM）显微分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 实验结果与分析
• 3.1 复合材料的耐磨性能和机理研究
• 3.1.1 耐磨性能测试的测试条件
• 3.1.2 试样的磨损过程
• 3.1.3 七种样品的磨损量实验结果
• 3.1.4 七种样品的磨损量实验结果分析
• 3.1.5 七种样品的摩擦系数测试结果
• 3.1.6 七组样品的摩擦系数结果分析
• 3.1.7 磨损表面形貌
• 3.1.8 磨损表面形貌分析
• 3.1.9 五组样品与铸铁、钢的耐磨性比较分析
• 3.1.10 复合材料的粘着磨损机理
• 3.1.11 复合材料的磨粒磨损机理
• 3.1.12 耐磨试验结果分析
• 3.2 复合材料的微观组织与界面分析
• 3.2.1 基体和复合材料的微观组织
• 3.2.2 复合材料的界面分析
• 3.3 复合材料的室温力学性能
• 3.3.1 实验数据及分析
• 3.3.2 断口形貌分析
• 3.4 以M2用作空压机气缸套材料的可行性分析
• 3.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在学期间公开发表论文情况
• 致谢