Page 46 - 《摩擦学学报》2021年第3期

第 3 期 金延文, 等: SiC与球形石墨颗粒混杂增强铝基复合材料的摩擦磨损性能研究 335

SiC p content, the hardness of the material increased, and the SiC p acted as a supporting and protective role on the Al
matrix. The wear marks on the wear surface became shallow, the phenomenon of delamination exfoliation was obviously
alleviated, the debris became fine, and the friction coefficient was more stable, and the wear mechanism changed from
delamination wear to abrasive wear.
Key words: aluminum matrix composite; hybrid reinforced; spherical graphite particles; SiC p ; Taguchi’s techniques;
analysis of variance; dry sliding friction and wear; wear mechanism

颗粒增强铝基复合材料(Aluminium matrix compo- 备3种不同成分的(Gr+SiC )/6092Al复合材料，进行摩
p
sites，AMC)是由铝合金基体与增强体(多为陶瓷类颗 擦磨损试验，利用Taguchi和方差分析确定最小摩擦系
粒)经设计、复合而成的新材料，综合了铝合金良好的 数和磨损率，并讨论相应的摩擦磨损机制.

强度、韧性与易成型性等优点以及增强体的高强、高
1 试验材料及方法
模和耐磨等优点. 因其高的比强度、比模量，良好的导
热、耐磨性能，以及低热膨胀系数、高尺寸稳定性等优 原材料选用6092Al粉末，其名义成分列于表1中.
异的力学与物理性能，在航天航空、电子、汽车以及先 增强相为SiC 和球形石墨颗粒(Gr)，形貌如图1所示.
p
进武器系统中具有广阔的应用前景 [1-3] . 其中SiC 名义尺寸为7 μm，Gr颗粒尺寸为15~20 μm.
p
由两种或两种以上增强体构成的混杂增强模式， 所制备的复合材料成分与编号列于表2中.
可发挥多种增强体各自的优势，取得比单一增强体更
好的效果 [4-6] . SiC具有高强度、高硬度、高模量、低膨胀 表 1 AA6092合金名义成分(质量分数)
Table 1 Nominal composition of 6092Al alloy (weight
系数等许多优点，是AMC的理想增强体 [2, 7-11] . 中间相
fraction)
炭微球是一种新型功能材料，具有超高的比表面积、
Material w(Mg)/% w(Cu)/% w(Si)/% w(Al)/%
吸附能力、堆积密度，良好的化学稳定性、热稳定性以 6092Al 1.2 1.0 0.6 Bal.
及优良的导电和导热性能 [12-14] . 石墨化中间相炭微球
(Graphitized mesophase carbon microspheres，GMCMB) 采用机械混料机将不同成分的粉末混合，球料比
即球形石墨颗粒的结晶度高、强度高，是一种理想的 为1:1，混合6 h. 将不同成分混合均匀的粉末装入钢制
润滑材料. 因此，经过合理设计的混杂复合模式可有 模具中冷压致密，之后将模具装入真空热压炉，进行
效改善材料的摩擦磨损性能 [15-17] ，使之具有适当而稳 热压烧结. 真空热压温度为600 ℃，热压压力大于30 MPa.
定的摩擦系数和低的摩擦对偶损伤特性. 热压结束后，坯锭随炉冷却至室温. 将所得坯锭进行
在各种材料的开发中，Taguchi、方差分析(ANOVA) 热挤压处理，挤压温度为420 ℃，挤压比为16:1. 热挤
以及各种仿真模型对材料磨损和摩擦性能的研究也 压后的复合材料进行T6热处理，提高材料的性能. 具
越来越广泛 [18-25] . 采用粉末冶金法制备了SiC 和石墨 体处理方法如下：将挤压态的铝棒去除氧化皮，在540 ℃
p
化 中 间 相 炭 微 球 增 强 6092Al， 研 究 了 SiC 和 Gr对 下保温2 h固溶，然后水淬，最后在170 ℃下进行6 h的
p
(Gr+SiC )/Al复合材料摩擦磨损性能的影响. 通过制 人工时效.
p

10 μm 10 μm
(a) GMCMB (b) SiCp

Fig. 1 Morphology of raw powders
图 1 原始粉末形貌