不同条件下Al2O3颗粒增强铝锰基复合材料摩擦磨损特性研究

不同条件下Al2O3颗粒增强铝锰基复合材料摩擦磨损特性研究当今科技日新月异，新技术不断发展，材料的服役条件越来越苛刻，传统的单一材料已很难满足要求。铝基复合材料由于具有密度小、熔化温度低、高导热性且成本低等一系列优点，已经得到世界范围内的广泛研究并日趋工业化，成为优先发展的新型材料之一。锰是变形铝锰系合金的主要强化因素，含量为1.0wt%～1.6wt%，过高会影响合金的延展性能；过低会明显降低制品的力学性能。铝锰合金共晶点的含锰量为1.95%，若锰含量再增加，铝锰化合物数量增加，铝锰合金的力学性能将下降。本文通过对铝锰合金基体进行Al2O3颗粒增强来提高耐磨性，并且在不同磨蚀介质条件下对不同锰含量的Al2O3颗粒增强铝锰基复合材料的摩擦磨损特性进行研究，以期对改善该复合材料的摩擦磨损性能提供依据。将A00铝锭融化后，升温至900℃，扒渣。加入碎Mn粒，搅拌5min，加入3%超细Al2O3颗粒(≤0.053mm)，再用碳硅棒搅拌10min，加入0.3%MnCl2除气，除渣，当温度降至760℃后浇入铸铁模具中，即可制备出铝锰基复合材料试样。将所获得的试样在线切割机床上加工成为8mm×8mm×30mm的规格。用酒精和丙酮对试样进行清洗，烘干后密封保存。试验中共选取3种不同锰含量(wt%)的试样，分别为0.97%(1#试样)、2.06%(2#试样)、2.77%(3#试样)，其中2#试样锰含量接近共晶成分1.95%。在M-2000型摩擦磨损试验机上进行常温磨损试验，摩擦副材料为淬火45号钢，尺寸为Φ40mm×10mm，表面硬度为48～52HRC。摩擦副与试样相对滑动线速度为0.837m/s，摩擦时间为21min，载荷为110N，共两组试验。第一组为干滑动摩擦，第二组加有磨粒的腐蚀介质。腐蚀介质是pH值为8.2的水体成份，水化学类型为SO4·Cl-Na·Ca·Mg型，矿化度为5.607g/L。磨粒由SiO2和Al2O3按7∶3配制，粒度均≤0.053mm，水中加入的磨粒量为9kg/m3。实验结果表明，Al2O3颗粒增强铝锰基复合材料由锰在铝中的固溶体和在其上分布的铝锰化合物MnAl6、Al11Mn4及δ-Al2O3颗粒组成。在相同条件下，铝锰基复合材料的磨损量都随着锰含量的增加而减小。在有磨粒及磨蚀介质存在的情况下，铝锰基复合材料的磨损量比干摩擦的磨损量大。材料磨损的增加是因为材料磨损机制的转变，有磨粒及磨蚀介质存在时，粘着磨损和磨粒磨损的结合使得材料的磨损更加严重。（榕霖）