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搅拌摩擦加工对原位ZrB2/2024Al 复合材料的微观结构及摩擦磨损性能研究

1.44万字 35页 原创作品，独家提交，已通过查重系统


摘要：航空航天、汽车制造等领域要求材料要求具有高强度、高韧性和高耐磨性等。颗粒增强铝基复合材料由于其自身良好的耐高温、耐磨损、耐疲劳、质量轻等优点，成为理想材料。而传统工艺中采用外加颗粒法制备的颗粒增强金属基复合材料存在诸多缺点，如组织不均匀、晶粒粗大、界面污染等，导致力学性能不佳、耐磨性能不好，满足不了工业需要。因此，研究原位内生颗粒增强金属基复合材料的微观结构及摩擦磨损性能具有重大意义。
本文以2024Al 合金作为基体，以Al- K2ZrF6-KBF4为反应体系，采用熔体直接反应法原位制备了ZrB2/2024Al 复合材料。研究了搅拌摩擦加工对ZrB2/2024Al 复合材料微观形貌的影响；探讨了搅拌摩擦加工对摩擦磨损性能的影响。研究结果表明：原位内生制得ZrB2/2024Al复合材料，ZrB2颗粒呈规则的多边形或椭圆状，尺寸在10μm左右，团聚现象严重；而经过搅拌摩擦之后，增强颗粒分布均匀，团聚现象得到改善，减少了内部铸造缺陷，且随着搅拌加工速度的减小，增强颗粒沿搅拌加工前进方向逐渐分布均匀，但过慢的加工速度反而会影响材料的均匀分布，在50mm/min时，增强颗粒的情况较好。
研究了ZrB2/2024Al复合材料的硬度，结果表明，搅拌摩擦后，ZrB2/2024铝基复合材料的硬度降低6.18％；材料的摩擦系数在搅拌摩擦后增加，但是摩擦系数的波动性减小；研究了材料的耐磨性，发现铸态时，随着载荷的增大，材料磨损量增加，磨痕深度变大，磨损率也显著增加；经过搅拌摩擦后，材料的磨损量普遍降低，磨损率稳定，磨痕深度变浅，耐磨性变好，在50mm/min的加工速度时材料的磨损量最小；通过对材料磨痕的SEM图的研究发现，铸态时材料的磨损机制主要为粘着磨损，并伴有少量的磨粒磨损和氧化磨损，而搅拌摩擦加工后，材料的磨损机制逐渐向磨粒磨损转化，且搅拌头前进速度越慢，磨粒磨损越明显，存在最佳搅拌摩擦加工速度，使材料有最好的耐磨性能。

关键词：ZrB2/2024Al复合材料；原位内生；搅拌摩擦加工；微观组织；摩擦磨损性能