Al_2O_(3P)ZA27复合材料的高温摩擦磨损特性

　　A123p/ZA27复合材料的高温摩擦磨损特性①宋延沛，谢敬低祝要民，李晓辉（洛阳工学院材料科学与工程系，洛阳471039）借助SRV高温摩擦磨损试验机' SEM及能谱分析仪研究了Al23/ZA27复合材料的高温摩擦磨损特性。结果表明：在边界润滑条件下，Al23/ZA27复合材料的高温磨损质量损失较ZA27合金降低0.00534g；摩擦因数随着增强颗粒体积分数的增加而降低，当增强颗粒的体积分数由10%增加到30%时，Al23/ZA27复合材料的摩擦因数由0.142降低到0.132但均高于ZA27合金。其高温失效形式为犁削和疲劳磨损。

　　Al2VZA27复合材料；高温；摩擦磨损锌铝合金特别是ZA27合金作为一种新型材料，由于强度高、耐磨性好、成本低等优点，已在国内外得到迅速发展和广泛应用，但由于锌铝合金在高温>100环境下，其强度和硬度较低，抗蠕变性能较差，使应用受到一定限制。为了提高ZA27合金的高温性能和扩大其应用范围，解决锌铝合金的耐高温问题便成为国内外材料工作者研究的热点。

　　非连续增强金属基复合材料由于具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温等优点成为金属基复合材料（MMCs）的一个重要发展方向。以锌铝合金为基体的非连续增强复合材料，是改善锌铝合金耐热性和耐磨性的有效方法，已得到越来越多的研究者关注。

　　近年来，国内外的一些高等院校和科研单位正在加紧进行锌铝合金复合材料的研究开发，已在改善硬度及耐磨性方面取得了一些研究成果m，但对ZA27合金为基体的非连续增强复合材料的摩擦磨损研究还不多，且主要局限于干滑动摩擦磨损，对其在边界润滑状态下的摩擦磨损尤其高温摩擦磨损涉足甚少。因此，本文作者针对不同体积分数的Al23P/ZA27复合材料高温磨擦磨损行为进行了研究。

　　1实验方法1.材料制备本实验采用挤压浸渗法制备Ah3P复合材料。

　　其余为Zn.增强体为AI2O3颗粒，粒度为10m.加入量（体积分数，）分别为10%，20%，30%. 1.2实验条件磨损试验在SRV高温磨损试验机上进行，摩擦副为45钢，硬度HRC45.试验温度150°C，试验载荷600N，频率40Hz振幅1.2mm，磨损线速度0.1 mm/s，磨损时间1h.磨损前后试样及磨擦副均用丙酮清洗干净，用TG328B万分之一电光分析天平称量磨损质量损失。

　　采用SM-35CF扫描电镜和能谱分析仪对磨损表面进行微观分析。

　　2结果与讨论ZA27合金及其复合材料的高温摩擦磨损性能ZA27合金及其复合材料在150°C下的摩擦磨损性能见表1.由表1可知，试验条件下ZA27合金的磨损质量损失远高于其复合材料，当ZA27合金中AkO3P颗粒体积分数增加到30%时，其硬度由HB79增加到HB113，磨损质量损失由0.0052g逐渐减少到一0.00014g，即出现负值增量。摩擦因数明显高于ZA27合金，但随着ZA27合金中AhO3P体积分数由10%增加到30%时，摩擦因数由0.142降低到0.132.可见，AI2O3/ZA27复合材料在150°C下的磨损质量损失均低于ZA27合金，摩擦因数随Al23P体积分数的增加而降低，但高于ZA27合金。

　　表1 ZA27合金和Al2O3/ZA27复合材料的高温摩擦磨损性能AhO3p/ZA27复合材料耐磨性之所以高于ZA27合金是因为ZA27合金中随着AkO3p体积分数增加，基体硬度大幅度提高，这些颗粒一方面在摩擦磨损过程中起支撑减磨作用，使得复合材料在与摩擦副对磨时，接触点基体部分的塑性变形受到颗粒的阻碍而减小，粘着磨损趋势减轻，从而保护了基体不被严重磨损。另一方面，摩擦过程中增强颗粒对摩擦副磨损产生的磨削不断嵌入复合材料磨损面较软的基体内而出现增量现象（见）ZA27合金自润滑性良好，摩擦因数较低。加入Al2O3p颗粒后，由于Al2O3p颗粒为增磨材料8%iAifs）ipserved.http://www.cnki.net宋延沛，等：Al2O3I>/ZA27复合材料的高温摩擦磨损特性失的过程，ZA27合金由于基体硬度低于摩擦副的硬度，在高温磨损载荷作用下摩擦副表面的微凸体透过油膜压入试样表面，并在旋转力矩作用下切削基体形成犁沟和产生塑性变形。扫描电镜下观察发现，磨损表面犁沟较深、并伴随有塑性变形和粘着磨损（见）。当ZA27合金中加入Ah3P颗粒时，试样硬度明显提高，这些硬质Al23P颗粒在磨损试验中，暴露在磨损表面，承受了旋转试环的正压力和剪切应力，使摩擦副表面的微凸点难于压入基体从而保护了基体不被严重磨损，随着ZA27合金中Al23p颗粒体积分数的增加，承载颗粒间距减小，材料硬度进一步提高，有效抵抗摩擦副表面的微凸点压入试样的作用增强，磨损表面的犁沟作用减弱。在扫描电镜下观察，同样可以发现，复合材料磨损表面除了窄而较浅的不连续犁沟外还有颗粒脱落后留下的凹坑（见）。这是由于在磨损过程中，基体不断被磨掉，使得颗粒暴露出来，在摩擦过程中这些颗粒受到摩擦副微凸点的交替冲击，在颗粒界面产生周期性拉、压应力，使颗粒周围基体产生疲劳裂纹而减弱对增强颗粒的支撑，当其不足以抵抗摩擦力对颗粒增强体的作用时，颗粒就会从基体上脱落形成凹坑，并在磨面上形成磨粒，加剧了试样的磨损。颗粒与基体的结合力越弱这种作用愈明显。可见，复合材料高温下的失效形式均为犁削和疲劳磨损。

　　ZA27合金在150°C的磨损面形貌增强颗粒体积分数增加而降低，但均高于ZA27合金的摩檫因数。

　　AhO3/ZA27复合材料高温边界润滑条件下的摩檫磨损失效形式均为犁削和疲劳磨损。

　　I1王培毅，张玫，刘世楷。锌铝系列合金的发展及研究概况。金属科学与工艺，1990，9（1）4陈绎，张世振。油润滑条件下ZA27/SiCp复合材料的滑动磨损行为。摩擦学学报，199818（4）295-299. 5张柯柯，涂益民，陈跃，等。ZA27合金氩弧焊HAZ组织模拟及摩擦学性能。中国有色金属学抵2000（1⑴6868―871. 8施忠良，吴炳尧，林萍华，等。高铝锌基合金的摩擦磨损性能与磨损机制。摩擦学学报，1994复a合材料。的I高温1摩檫因数随blishinglise.46rights 1）Ak3p/ZA27复合材料在高温下的耐磨性明显高于ZA27合金。

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