KMS Lanzhou Institute of Chemical Physics，Chinese Academy of Sciences
| Al–20Si–5Fe–2Ni基复合材料的制备及摩擦学性能研究 | |
| Alternative Title | 无 |
谈辉
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| Thesis Advisor | 刘维民 ; 杨军 |
| 2018-05-23 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 工学博士 |
| Department | 固体润滑国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 材料学 |
| Keyword | Al–20Si–5Fe–2Ni合金 铝基复合材料 固体润滑 高温摩擦 Al–20Si–5Fe–2Ni alloy aluminum matrix composite solid lubrication high temperature wear |
| Abstract | 铝合金及铝基复合材料在航空航天和汽车制造等领域已经广泛应用，但是硬度低、耐磨性差和高温性能差等缺点制约了其在高温摩擦领域的应用。本论文采用粉末冶金方法制备了Al–20Si–5Fe–2Ni合金、Al–20Si–5Fe–2Ni/ZrB2复合材料和Al–20Si–5Fe–2Ni/石墨复合材料，研究了其组织结构、力学性能和高温摩擦学性能，对其磨损机制进行了较深入的研究。本论文取得的主要研究结果如下： 1.通过机械合金化结合热压烧结或放电等离子烧结制备了Al–20Si–5Fe–2Ni合金，合金主要由α-Al、Si和β-Al5FeSi金属间化合物组成。Si颗粒和β-Al5FeSi金属间化合物均匀分布于铝合金基体中，有助于改善合金的高温力学性能和摩擦学性能。合金的摩擦系数和磨损率随着温度的升高而增加。当放电等离子烧结合金与Al2O3配副时，在25～300°C的摩擦系数为0.29～0.40，磨损率为（2.43～12.31）×10-4mm3N-1m-1。随着温度的升高，合金由轻微磨粒磨损和粘着磨损（25～200°C）转变为严重塑性变形和剥落磨损（300°C），并在400°C发生严重粘着磨损。 2.通过放电等离子烧结方法制备了ZrB2含量为5～20wt.%的Al–20Si–5Fe–2Ni/ZrB2复合材料，系统研究了ZrB2含量对复合材料的组织结构、力学性能和高温摩擦学性能的影响。结果表明：ZrB2的添加可以提高复合材料的硬度和强度，同时降低材料的磨损率，但会导致材料摩擦系数的增加。由于ZrB2具有较高的硬度和热稳定性，因此ZrB2的添加提高了复合材料的抗高温软化能力，并提高了复合材料的耐热温度。当ZrB2含量达到15wt.%时，复合材料的最高使用温度从基体铝合金的300°C提高到了400°C。当ZrB2含量为20wt.%时，复合材料在25～400°C具有最低的磨损率（0.78～4.48）×10-4mm3N-1m-1。 3.通过放电等离子烧结方法制备了铜包石墨含量为10～30wt.%的Al–20Si–5Fe–2Ni/石墨复合材料，系统研究了铜包石墨含量对复合材料组织结构、力学性能和室温摩擦学性能的影响。复合材料的强度随着铜包石墨含量的增加而降低，但由于Al2Cu金属间化合物的形成使得复合材料具有较高的硬度。复合材料的摩擦系数随着铜包石墨含量和试验载荷的增加而减小。当铜包石墨含量达到30wt.%时，复合材料具有最低的摩擦系数和磨损率，其摩擦系数为0.19～0.21，相比基体铝合金减小了三分之一；其磨损率为（0.90～5.87）×10-5mm3N-1m-1，相比基体铝合金降低了一个数量级。 4.研究了Al–20Si–5Fe–2Ni/30wt.%铜包石墨复合材料在25～500°C下的摩擦学行为。在25～100°C时，复合材料的摩擦系数为0.21～0.25；在200～500°C时，复合材料的摩擦系数为0.36～0.44。复合材料在25～500°C范围的磨损率稳定在（0.90～17.0）×10-5mm3N-1m-1。相比基体铝合金，复合材料摩擦学性能得到了明显的改善，最高使用温度从基体铝合金的300°C提高到了500°C。这主要是由于Al2Cu金属间化合物的弥散强化效应和石墨的固体润滑效应共同作用的结果。在室温时，复合材料的主要磨损机制为磨粒磨损；在高温时（100～500°C），复合材料的主要磨损机制为磨粒磨损和剥落磨损。 |
| Other Abstract | 无 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/25275 |
| Collection | 中国科学院兰州化学物理研究所 |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 谈辉. Al–20Si–5Fe–2Ni基复合材料的制备及摩擦学性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2018. |
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| 201821谈辉.pdf（15774KB） | 学位论文 | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | ||
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