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搅拌摩擦加工制备n-Al_2O_3/CNTs混杂镁基复合材料

杨真  
【摘要】:镁基合金因其力学性能的局限性使其向镁基复合材料的方向发展。近年来由搅拌摩擦焊发展而来的搅拌摩擦加工技术越来越受广大研究学者的关注。搅拌摩擦加工技术具有独特的优势:其固相加工过程可以明显降低金属孔洞的产生,且组织结构致密、晶粒可较大限度的被细化。因此利用搅拌摩擦加工方法制备镁基复合材料具有重要的研究意义。此外增强复合材料增强体的选择也渐渐由微米级转到纳米级,单一增强的局限性使更多的学者开始向混杂增强复合材料拓展研究。基于此,本论文使用搅拌摩擦加工技术制备n-Al2O3/CNTs混杂增强AZ31镁基复合材料。 本论文主要研究搅拌摩擦加工、.纳米氧化铝的含量、碳纳米管含量及载荷对复合材料组织和性能的影响,并对其摩擦磨损特性、磨损机理以及混杂效应进行详尽的分析阐述。由此得到了以下结论。 最佳搅拌工艺参数为转速1050r/min,进刀速度33.4mm/min,搅拌道次为4道。经过FSP加工制备的复合材料无明显的缺陷。增强物均匀分布在基体上,没有明显的成堆聚集现象,与基体结合良好。研究发现:经过FSP加工后的AZ31镁合金的耐磨性较未经过FSP加工后的AZ31镁合金的耐磨性稍微有所提高。对于二种单一增强镁基复合材料,CNTs单一增强的镁基复合材料的耐磨性比n-Al2O3单一增加的镁基复合材料的耐磨性要好。混杂增强的复合材料的耐磨性较单一增强复合材料的耐磨性要好得多。在0.65MPa-1.3MPa下,随着n-Al2O3含量的增加,材料的磨损量变化幅度都很平缓。即低载下,n-Al2O3添加质量分数的提高,对于混杂复合材料的耐磨性影响不大。而在1.95MPa-3.25MPa下,复合材料的磨损量随添加n-Al2O3质量分数的增加变化较大,且有较大幅度的增减现象,当n-Al2O3相对添加质量分数为30%与CNTs相对添加质量分数为70%混杂增强时,混杂强化效应达到最佳,复合材料的耐磨性最好。 复合材料的磨损损失质量呈现不同的阶段,初步分析表明是由于不同的磨损机理引起的。在低载荷情况下,磨损表面比较平整且没有明显的梨沟,磨屑细小,对其亚表层进行能谱分析,发现由Mg, Al、Cr、Fe等元素氧化物组成的机械混合层,此时的磨损机理为氧化磨损。随着载荷增加,转移层消失,磨损表面出现宽而深的犁沟,同时磨面发亮,磨粒磨损为这一阶段主要磨损机制。在高载荷情况下,混杂复合材料的主要磨损机理是机械混合层的剥层磨损。磨面局部区域出现黑膜,同时随着载荷的增加,黑膜不断增加。机械混合层的存在对于复合材料的耐磨性有一定影响。


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