制备工艺对Al 基复合材料的结构和性能影响的分析论文
Al 基粉末冶金摩擦材料由于其具有良好的导热、耐磨及摩擦因数高等特性而广泛应用于飞机、汽车、船舶和工程机械等刹车装置及离合器上。由于纯Al 强度不高，故采取在Al 基体中添加Cu、Mg、Fe 合金元素来提高材料的强度和硬度，通过改变它们的百分含量来研究基体的摩擦磨损性能。材料中加入SiC 粉末用以提高摩擦因数，以石墨C 作为润滑组元。本文采用用粉末冶金方法制备Al 基复合材料，研究制备工艺对Al 基复合材料的组织及性能的影响。
1 实验
实验原料采用粒度< 100μm 铝粉( 纯度≥99. 0%) 和粒度<200μmSiC 粉( 纯度≥99. 0%) 。按照质量百分比Al + 20% SiC 配比称取粉末，以无水乙醇为混料介质，在行星式球磨机中混料。将混合后粉末在100MPa 下单向轴向压制成形，压制后的坯体样品在真空炉中分别在500℃、550℃、600 ℃、650 ℃烧结，保温2h，之后随炉冷却。采用排水法测量合金烧结体的体积密度，采用显洛氏硬度计测试样品的硬度。合金样品经砂纸打磨，机械抛光后，用JSM - 6510LA 扫描电镜分析样品组织形貌。摩擦磨损试验在M - 2000 型摩擦磨损试验机上进行。
2 结果与讨论
由图1 可以看出，烧结温度为550°C，样品密度和硬度值最大。在烧结的过程中，分为固相烧结和液相烧结两个过程，固相烧结过程中，坯体的烧结主要依靠不同组分颗粒之间的互扩散与坯体的合金均匀化过程来完成，由于颗粒不能发生相对运动，所以坯体烧结的致密化程度较低，坯体内部存在大量的孔隙。当液相生成后，在不平衡的毛细管力作用下，固体颗粒进行位置的调整与重新分布以达到最紧密的排布，这时烧结体的'致密化程度和密度迅速增大。因此当烧结温度达到550°C 以后，随着烧结温度的继续升高，烧结过程中逐渐出现大量的液相，坯体孔隙率明显下降，致密化程度与密度急剧减少。
由粘着磨损和磨粒磨损表达式知道磨损量与硬度成反比所以选择这两组试样做磨损实验，从上图可以看出硬度最大的时候磨损量最小，球磨时间相同时温度越高，磨损量先减少后增加。综上所述，烧结温度为550 °C时磨损量最少，耐磨性最好。
样品表面有适量的陶瓷颗粒，分布比较比较均匀，这些陶瓷颗粒就是增强Al 基材料性能的颗粒。当低温烧结时，由于烧结不充分，材料中含有大量的孔隙，基体中各组元结合不够紧密，增强相颗粒与基体组元间的结合被消弱。当烧结温度为550 °C 时，孔隙度较小，组织结构分布较均匀，故其致密化程度较高，其耐磨性较高。图3 烧结温度为550 °C 样品的SEM 图片
3 结论
采用粉末冶金法制备出Al 基复合材料，研究了不同烧结温度对材料的组织和力学性能的影响。随着烧结温度的升高，组织结构分布较均匀，烧结体的致密化程度和耐磨性得到提高。最佳烧结温度为550 °C 时，样品具有较高的密度和较好的耐磨性。
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