高矿化度水质下三氧化二铝颗粒增强铝锰合金复合材料的冲蚀腐蚀机制研究毕业设计.doc

1 第一章绪论 课题来源及研究意义随着科学技术不断发展,现代社会对材料综合性能的要求越来越高,尤其在航空航天、汽车工业、精密仪器等工业领域。在这种背景下,颗粒增强铝基复合材料以其具有高比强度、比刚度、低热膨胀系数、良好耐磨性能等优异性能受到各国科研机构及人们的广泛关注和研究。至今,在很多实际应用中,亦有不俗的表现,取得了良好的社会效益和经济效益。我们这里主要颗粒增强铝基复合材料在较高抗腐蚀性和耐磨性上的应用,主要表现在将铝基复合材料应用在输送管道和刹车轮、活塞等需要搞耐磨性的重要部件。同时随着国家的大兴节水灌溉工程, 需要大量的配套设备,包括喷灌机具、管材、灌水器、过滤器和防渗塑膜等,但是由普通铸铁、铝合金、黄铜等传统材料制备出来的配套设备都存在没有很好的稳定摩擦性能,使用寿命都比较短等缺点,尤其是在我国条件恶劣的干旱地区使用时段时间内就要更换,大大地增加成本,对于发展一系列低成本、高性能、寿命长的新型材料是国家迫切的要求。本论文主要是结合国家自然基金项目“高矿化度水质下三氧化二铝颗粒增强铝锰合金复合材料的冲蚀腐蚀机制研究”,批准号:(50861008 ) ,通过对颗粒增强铝基复合材料的摩擦磨损性能进行了研究,初步分析了相关的实验现象,为进一步的研究工作奠定基础。本文通过研究铝锰合金以及以它为基体添加 Al2O 3 作为增强体制备的颗粒增强铝基复合材料的摩擦磨损性能,了解材料的摩擦磨损行为以及磨损机制,分析影响材料摩擦磨损性能的主要因素,以期寻找提高材料摩擦磨损性能的途径,扩展材料的使用领域。目前颗粒增强铝基复合材料在军用和民用领域正在发挥着越来越重要的作用。对于航空航天、先进武器系统、医疗器械、汽车工业、电子工业、精密仪器以及和体育用品等方面,颗粒增强铝基复合材料亦有不俗的表现,取得了良好的社会效益和经济效益[3] 。在我国干旱的地区使用大量的节水灌溉部件,每年因摩擦所造成的磨损很大,我们希望在不久 2 的将来由颗粒增强铝基复合材料制成的节水灌溉部件。 铝锰合金应用及研究现状 1. 铝锰合金性能及应用纯铝的力学性能不高,不适宜制作承受较大载荷的结构零件。为了提高铝的力学性能,在纯铝中加入某些合金元素制成铝合金,铝合金仍保持纯铝的密度小和抗腐蚀好的特点,而力学性能比纯铝高的多[1]。铝合金可以分为变形铝合金和铸造铝合金[2]。由于本文的需要,主要研究变形铝合金内容。目前主要的变形铝合金如表 所示,变形铝合金主要通过熔炼注成铸锭后,再经热挤压加工形成各种型材、棒材、管材和板材来使用。常用变形铝合金中合金元素含量比较低,这样合金中就不会有过多的脆性第二相,影响合金的冷热加工工艺性能[3]。表 主要的变形铝合金的成分、特点及型号[4] 变形铝合金不能热处理强化铝合金防锈铝 Al-Mn 抗蚀性、压力加工与焊接性能好、但强度较低 3A21 Al-Mg 5A05 可热处理强化铝合金硬铝 Al-Cu-Mg 力学性能高 2A11 、 2A12 超硬铝 Al-Cu-Mg-Zn 室温强度最高 7A04 、 7A09 锻铝 Al-Mn-Si-Cu 锻造性能好耐热性能好 2A14 、 2A50 2A70 、 2A80 Al-Cu-Mg-Fe-Ni 在铝合金系列中, 3XXX 系 Al合金也就是铝锰系合金,应用的比较广泛,锰是合金中唯一的主合金元素,常见的 3XXX 系 Al合金的牌号和化学成分如表 所示[4]。 常见 Al-Mn 合金的牌号和化学成分(质量分数%) 牌号 Si Fe Cu Mn Mg Zn 3003 ~ ~ 3004 ~ ~ 3005 ~ ~ 3105 ~ ~ 3 图 铝锰二元相图从 Godeeke 和 Koster 给出的铝锰二元相图[6]中可以看出:随着合金中锰含量的降低,合金熔点逐渐下降,基本下降到共晶温度 658 0C,由于我论文中只要研究的锰含量在 % 左右的变形性铝锰合金,在这个 Mn 含量主要经历的是铝锰间共晶作用。在 ℃共晶温度时, Mn 在 Al中的最大溶解度为 % ,随着锰含量的增加, Al-Mn 合金强度不断增加,同时 Al-Mn 合金是非时效硬化合金,即不可热处理强化[7]。虽然 Al-Mn 合金的强度是随着 Mn 含量的增加而提高,但是现代工业中用的 Al-Mn 合金只含有质量分数为 %~% 的 Mn ,因为这时不但 Al-Mn 合金具有高强度,而且有良好的塑性和工艺性能; 当 Mn 含量