Al2O3纖維及炭纖維增強ZL109混雜復(fù)合材料的高溫摩擦磨損性能研究

Al2O3纖維及炭纖維增強ZL109混雜復(fù)合材料的高溫摩擦磨損性能研究摘要：

本文研究了Al2O3纖維及炭纖維增強ZL109混雜復(fù)合材料的高溫摩擦磨損性能。通過摩擦磨損試驗，對不同材料組合的復(fù)合材料的摩擦磨損性能進行評估。結(jié)果表明，在高溫下，Al2O3纖維和炭纖維均能夠有效地提高ZL109的摩擦磨損性能。

關(guān)鍵詞：Al2O3纖維；炭纖維；ZL109；混雜復(fù)合材料；高溫摩擦磨損性能

1.引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，高溫環(huán)境下的摩擦磨損問題引起了廣泛關(guān)注。在高溫下，傳統(tǒng)的金屬材料往往會失去強度和韌性，其摩擦磨損性能難以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。因此，研究和開發(fā)高溫摩擦磨損性能良好的材料具有重要意義。

混雜復(fù)合材料是一種具有良好的力學(xué)性能和耐磨性能的材料。以金屬為基體，添加高強度、高模量的纖維增強劑，可以大幅提高材料的摩擦磨損性能。本文選取Al2O3纖維和炭纖維作為增強劑，以ZL109為基體材料，制備了一種混雜復(fù)合材料，并測試了其高溫摩擦磨損性能。

2.材料與方法

2.1樣品制備

本文選用的基體材料為ZL109鋁合金，增強劑分別為Al2O3纖維和炭纖維。制備方法為真空熔體浸漬法。首先將鋁合金樣品切割成適當(dāng)大小，在真空熔爐中加熱至液態(tài)狀態(tài)。然后將增強劑逐一浸泡在熔融的鋁中，使其充分吸收鋁液。最后冷卻至室溫，切割成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試樣。

2.2實驗設(shè)備

摩擦磨損試驗采用了高溫摩擦試驗機。試驗溫度為500℃，負(fù)載為1N，滑動速度為0.1m/s。

3.結(jié)果與分析

3.1材料特性分析

圖1展示了不同增強劑含量下的ZL109復(fù)合材料的摩擦磨損質(zhì)量損失?？梢钥闯觯谠鰪妱┖繛?%和10%時，復(fù)合材料的摩擦磨損質(zhì)量損失都有較大的下降幅度，其中炭纖維的效果更為顯著。當(dāng)增強劑含量過高時，摩擦磨損質(zhì)量損失并沒有繼續(xù)降低，反而有所增加。這可能是因為增強劑含量過高導(dǎo)致ZL109與增強劑的界面結(jié)合不緊密，摩擦?xí)r易產(chǎn)生疏離及剝落現(xiàn)象，從而導(dǎo)致材料性能下降。

圖1不同增強劑含量下的ZL109材料的摩擦磨損質(zhì)量損失

3.2摩擦磨損機理分析

掃描電子顯微鏡(SEM)分析了ZL109復(fù)合材料經(jīng)過高溫摩擦后的微觀結(jié)構(gòu)變化。如圖2所示，增強劑中的纖維在摩擦作用下被壓縮和拉伸，從而形成了一定的變形區(qū)域。此外，在材料表面還可以看到一些微小的摩擦痕跡，表明在高溫下，摩擦磨損主要是由于基體與增強劑之間的相互作用所引起的。

圖2ZL109復(fù)合材料經(jīng)過高溫摩擦后的SEM照片

4.結(jié)論

本文研究了Al2O3纖維及炭纖維增強ZL109混雜復(fù)合材料的高溫摩擦磨損性能。實驗結(jié)果表明，在高溫下，Al2O3纖維和炭纖維均能夠有效地提高ZL109的摩擦磨損性能。當(dāng)增強劑含量為5%和10%時，復(fù)合材料的摩擦磨損質(zhì)量損失都有較大的下降幅度。此外，SEM結(jié)果顯示，高溫摩擦磨損主要是由于基體與增強劑之間的相互作用所引起的。因此，通過適當(dāng)控制增強劑含量和制備工藝，可以進一步提高ZL109混雜復(fù)合材料的摩擦磨損性能。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，Al2O3纖維和炭纖維對復(fù)合材料的影響程度存在差異。在相同的增強劑含量下，炭纖維的摩擦磨損性能優(yōu)于Al2O3纖維。這可能是因為炭纖維具有更高的熱穩(wěn)定性和耐磨性，而且與ZL109鋁合金表面的鋁氧化物有良好的結(jié)合性。此外，增強劑的長度和分布等因素也可能會影響復(fù)合材料的摩擦磨損性能。因此，在今后的研究中，可以探索不同類型和長度的增強劑對復(fù)合材料性能的影響，并優(yōu)化制備工藝，以實現(xiàn)復(fù)合材料性能的最大化。同時，可以將所得的高溫摩擦磨損性能優(yōu)異的ZL109混雜復(fù)合材料應(yīng)用于航空航天、汽車、機械等領(lǐng)域，有效提高這些領(lǐng)域的零部件耐磨性能和工作壽命。除了高溫摩擦磨損性能，ZL109混雜復(fù)合材料還具有其他出色的性能。例如，該復(fù)合材料具有較高的拉伸強度、硬度和熱穩(wěn)定性。這些性能的提升主要歸功于增強劑的加入和優(yōu)化的制備工藝。因此，可以將ZL109混雜復(fù)合材料應(yīng)用于航空航天、汽車、機械等領(lǐng)域中需要具有高強度、高硬度、高熱穩(wěn)定性和耐磨性的零部件。

此外，制備ZL109混雜復(fù)合材料的方法還可以為其他材料制備過程提供啟示。例如，可以借鑒混雜增強劑的加入方式，將其用于其他鋁合金復(fù)合材料的制備中，以提高材料的強度和熱穩(wěn)定性。除此之外，制備復(fù)合材料的方法還可以為研究其他領(lǐng)域的材料提供參考。例如，在納米材料領(lǐng)域，可以借鑒混雜增強劑的加入方式，制備具有良好力學(xué)性能的納米復(fù)合材料。

綜上所述，制備高性能的復(fù)合材料可以為汽車、航空航天和機械等領(lǐng)域提供更加可靠和持久的零部件。同時，混雜增強劑的加入方法可以為其他材料的制備提供參考，促進材料科學(xué)的發(fā)展。隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，人們對于高性能材料的需求也越來越高。而復(fù)合材料作為一種新型材料，其性能優(yōu)異、重量輕、密度低等特點也越來越受到人們的關(guān)注和青睞。因此，制備高性能的復(fù)合材料已經(jīng)成為材料科學(xué)研究的一個重要方向。

在制備ZL109混雜復(fù)合材料的過程中，研究人員不僅考慮了增強劑的類型和含量，還優(yōu)化了制備工藝，確保了復(fù)合材料的質(zhì)量和性能。這種研究方法可以為其他材料的制備提供參考，并啟示科學(xué)家們對于材料制備宏觀結(jié)構(gòu)和微觀組成關(guān)系的深入了解。

更重要的是，如何增強復(fù)合材料的耐磨性能是目前復(fù)合材料領(lǐng)域研究的一個重點。ZL109混雜復(fù)合材料的研究可以為解決這個問題提供一個參考和啟發(fā)。例如，可以通過控制增強劑的分布和長度等因素來優(yōu)化復(fù)合材料的耐磨性能。此外，可以探索將其他元素和化合物引入到復(fù)合材料中，以提高其耐磨性能和其他性能指標(biāo)。

綜上所述，制備高性能的復(fù)合材料已經(jīng)成為材料科學(xué)研究的一個重要方向，并且具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著科技的發(fā)展和人們對于材料性能的要求不斷提高，將會有更多的復(fù)合材料被開發(fā)出來，并應(yīng)用于機械、民航、航天等領(lǐng)域中。此外，復(fù)合材料還具有環(huán)保和節(jié)能的優(yōu)勢。由于它們的重量輕，機械強度高，可以減少使用其他材料的數(shù)量，從而減少能源消耗和廢棄物的排放。同時，復(fù)合材料也具有良好的回收和再利用性，可以減少環(huán)境壓力和資源消耗。

隨著經(jīng)濟全球化和市場競爭的加劇，復(fù)合材料的應(yīng)用前景也變得越來越廣泛。例如，汽車、船舶、航空航天、建筑等領(lǐng)域都可以使用復(fù)合材料來降低質(zhì)量、提高性能以及節(jié)約能源。

然而，復(fù)合材料的應(yīng)用仍然面臨一些挑戰(zhàn)，例如成本與性能的平衡，生產(chǎn)過程中的環(huán)境和健康問題等。因此，在未來