三维镍网增强铝基复合材料摩擦磨损性能研究

论文摘要

近年来，三维网络增强金属基复合材料引起国内外科研工作者的注意，并得到较快发展。这种复合材料的增强体在三维空间连续，基体和增强体呈网络拓扑型。这种结构避免了常规的颗粒、晶须作为增强相引起组织分布不均及各向异性的问题，同时由于增强体和金属基体三维连续，使得每一相都能发挥其独特性能，三维网络结构在复合材料中作为一个整体，在磨损过程中不易脱落，有利于提高复合材料的耐磨性，三维网络增强金属基复合材料具有广阔的应用前景。本文采用真空吸铸方法制备三维镍网增强铝基复合材料，采用M-2000型摩擦磨损实验机研究基体合金和三维镍网增强铝基复合材料的干摩擦磨损性能，系统分析不同孔隙度、载荷、转速、磨损时间对三维镍网增强铝基复合材料的干摩擦磨损性能的影响；采用金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）、物相分析（XRD）研究分析三维镍网增强铝基复合材料的微观组织、磨损表面以及亚表层形貌，探讨三维镍网增强铝基复合材料磨损机制；使用1stpt建立磨损模型。结果表明：三维镍网增强铝基复合材料的耐磨性优于基体合金，且随载荷增加、转速增大、磨损时间延长以及网络孔隙度的增大，耐磨性提高越明显；基体合金的磨损机制为黏着磨损，三维镍网增强铝基复合材料的磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损共同起作用，且随着网络孔隙度的增大，三维镍网增强铝基复合材料的耐磨性越好，且随着着保温升高，三维镍网增强铝基复合材料的耐磨性越好。其增强耐磨性的原因在于：在磨损过程中，三维镍网增强铝基复合材料的磨损表面形成硬的微凸体，起承载作用，且基体与三维连续镍网骨架结合良好，将载荷沿三维连续骨架分散至各个方向，应力不易集中，减轻黏着磨损。随着磨损过程的进行，局部的高应力使复合材料摩擦表面的增强体脱落，和对偶件直接接触的基体面积逐渐增大，黏着磨损作用逐渐增强。脱落颗粒在复合材料磨损表层均匀分布，其中磨粒磨损起了重要作用。使用1st0pt软件建立的磨损模型，预测值与实际测量值拟合较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 铝基复合材料的概述
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 铝基复合材料的主要类型
• 1.1.3 铝基复合材料的发展及应用
• 1.1.4 铝基复合材料的性能特点
• 1.2 铝基复合材料的摩擦磨损性能
• 1.2.1 磨损的分类
• 1.2.2 影响摩擦的因素
• 1.3 三维网络增强复合材料摩擦磨损性能的研究
• 1.4 研究内容
• 第2章 实验材料和实验方法
• 2.1 引言
• 2.2 复合材料成分的选择
• 2.2.1 基体材料
• 2.2.2 增强材料
• 2.3 三维镍网增强铝基复合材料的制备
• 2.3.1 三维镍网增强铝基复合材料的制备方法
• 2.3.2 真空吸铸设计
• 2.4 实验设备和仪器
• 2.5 试验方法
• 2.5.1 真空吸铸制备材料
• 2.5.2 热处理工艺
• 2.6 材料的微观组织观察
• 2.6.1 扫描电镜观察组织形貌
• 2.6.2 物相分析
• 2.7 干滑动摩擦试验
• 第3章 三维镍网增强铝基复合材料组织结构分析
• 3.1 Al-Ni 间金属化合物
• 3.1.1 Al、Ni 间金属化合物概述
• 3.1.2 Al-Ni 间金属化合物的晶体结构
• 3.1.3 Al-Ni 间金属化合物的性能分析
• 3.2 热处理对三维镍网增强铝基复合材料组织的影响分析
• 3.2.1 未热处理的三维镍网增强铝基复合材料组织分析
• 3.2.2 等温热处理对三维镍网增强铝基复合材料组织影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 三维镍网增强铝基复合材料的干摩擦磨损性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验方案
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 载荷对三维镍网增强铝基复合材料摩擦磨损性能的研究
• 4.3.2 转速对三维镍网增强铝基复合材料摩擦磨损性能的影响
• 4.3.3 磨损时间对三维镍网增强铝基复合材料摩擦磨损性能的影响
• 4.4 基体合金和三维镍网增强铝基复合材料磨损形貌分析
• 4.4.1 载荷对三维镍网增强铝基复合材料磨损形貌的影响
• 4.4.2 转速对三维镍网增强铝基复合材料磨损形貌的影响
• 4.4.3 磨损时间对三维镍网增强铝基复合材料磨损形貌的影响
• 4.5 基体合金和三维镍网增强铝基复合材料磨屑的分析
• 4.5.1 基体合金和三维镍网增强铝基复合材料磨屑形貌的分析
• 4.5.2 基体合金和三维镍网增强铝基复合材料磨屑物相分析
• 4.6 摩擦磨损机理
• 4.6.1 不同摩擦条件下的摩擦机制
• 4.6.2 磨损亚表层分析
• 4.7 三维镍网骨架对三维镍网增强铝基复合材料磨损性能的影响
• 4.7.1 三维镍网骨架增强复合材料耐磨性原因
• 4.7.2 孔隙度对三维镍网增强铝基复合材料的耐磨性影响
• 4.7.3 保温温度对三维镍网增强铝基复合材料的耐磨性影响
• 4.8 本章小结
• 第5章 三维镍网增强铝基复合材料磨损模型的建立
• 5.1 引言
• 5.2 1st0pt 简介
• 5.3 磨损模型的建立
• 5.3.1 建立磨损模型
• 5.3.2 1st0pt 建立拟合函数
• 5.4 1st0pt 求解
• 5.4.1 编写 1st0pt 代码
• 5.4.2 1st0pt 求解三维镍网增强铝基复合材料（500℃保温 20h）磨损模型
• 5.5 分析三维镍网增强铝基复合材料（500℃保温 20h）磨损模型
• 5.5.1 相关系数 R 对磨损模型的影响
• 5.5.2 幂 b、c、d 对磨损模型的影响
• 5.5.3 实际值与预测值关系
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢