塑變對ZrB2/2024鋁基復(fù)合材料組織及其摩擦磨損性能的影響探究
Effects of Plastic Deformation on Microstructure and Friction Wear Resistance in ZrB2/2024Al Matrix Composites

2萬字 52頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統(tǒng)


摘要 通過熔體反應(yīng)法原位制備ZrB2顆粒增強(qiáng)2024Al復(fù)合材料，所得材料各項性能優(yōu)異，但是仍然存在一些鑄造缺陷。國內(nèi)外眾多學(xué)者試圖通過塑性加工的方式改善其微觀組織結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步提升ZrB2/2024Al復(fù)合材料的性能，加快其實用化進(jìn)程。本課題以2024Al-（K2ZrF6+KBF4）為反應(yīng)體系，制備ZrB2/2024Al鋁基復(fù)合材料。首先通過X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行物相分析，而后通過光鏡（OM）、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）等表征手段，對復(fù)合材料的金相組織、以及內(nèi)生顆粒ZrB2的大小、形貌和分布等情況進(jìn)行微觀表征；另外，本課題試圖采用鍛壓、擠壓及軋制三種大塑性變形方式對鑄態(tài)的復(fù)合材料進(jìn)行處理，研究塑變后材料的組織，并利用UMT-2型摩擦磨損試驗機(jī)對鑄態(tài)復(fù)合材料以及三種塑變后材料進(jìn)行干滑動摩擦磨損試驗，探究材料的摩擦磨損性能。研究結(jié)果表明：原位內(nèi)生制得ZrB2/2024Al復(fù)合材料，基體晶粒大小為30-50μm，ZrB2顆粒呈規(guī)則的多邊形或橢圓狀，尺寸在3μm以下，團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重；而經(jīng)過塑性變形之后，復(fù)合材料晶粒明顯得到細(xì)化，值得提出的是，鍛造、軋制后試樣晶粒變形為條帶狀。軋制后的材料晶粒條帶的寬度在3-5μm，而鍛壓后的晶粒條帶寬度在10-15μm之間。增強(qiáng)顆粒分布均勻，團(tuán)聚現(xiàn)象得到改善，減少了內(nèi)部鑄造缺陷。研究了ZrB2/2024Al復(fù)合材料在不同載荷作用下摩擦系數(shù)，結(jié)果表明，當(dāng)滑動速度一定時，ZrB2/2024Al復(fù)合材料的摩擦系數(shù)隨著載荷的增加而降低；磨損體積隨著載荷的增加而增加；對塑性變形前后ZrB2/2024Al復(fù)合材料摩擦磨損性能研究結(jié)果表明：三種塑變后的ZrB2/2024Al復(fù)合材料具有更低的摩擦系數(shù)和磨損體積。ZrB2/2024Al復(fù)合材料的磨損機(jī)制主要是粘著磨損，隨著載荷的增大，磨粒磨損逐漸過渡到粘著磨損的磨損機(jī)制。鍛造后的ZrB2/2024Al復(fù)合材料磨損機(jī)制主要為磨粒磨損和輕微的粘著磨損，軋制后材料主要以磨粒磨損和剝層磨損機(jī)制為主，而經(jīng)過擠壓的ZrB2/2024Al復(fù)合材料磨損機(jī)制是磨粒磨損、氧化磨損以及輕微的粘著磨損。


關(guān)鍵詞：ZrB2/2024Al復(fù)合材料；原位內(nèi)生；塑性變形；微觀組織；摩擦磨損性能