改性石墨在活塞用铝复合材料中的应用研究

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石墨铝基复合材料具有石墨和铝复合材料的双重特点:重量轻、导热性好和耐磨,是一种新型的刹车盘、活塞材料,并成为汽车及高速列车轻量化的关键新材料。将石墨颗粒加入分散的铝合金中,就能显著地提高材料的耐磨性和抗擦伤性,同时大大改善了材料的吸震性和切削加工性。  但是石墨铝基复合材料润湿性很差,高温还会导致界面生成Al4C3等界面产物,该物质硬而脆,影响界面结合,导致材料的强度不高。为了改善材料的润湿性,采用镀镍石墨来制备石墨铝基复合材料,将界面由原来的石墨与铝基接触变成金属与金属接触,改善界面润湿性。  本文主要尝试采用粉末冶金方法来制备镀镍活塞用石墨铝基复合材料,其中石墨含量为30wt%,并与普通石墨铝复合材料进行比较。  研究发现镀镍石墨铝复合材料的晶粒比石墨铝复合材料细小,并且均匀分布,金相组织孔隙率少,团聚现象不严重。相同条件下,镀镍石墨铝复合材料室温密度为2.49g/cm3,比石墨铝复合材料的密度增加了15.28%。硬度为55.48HB,比石墨铝复合材料增加了23.34%。压缩强度方面,抗压强度为195MPa,比石墨铝复合材料提高了14.71%。综上所述,镀镍石墨铝复合材料的强度、密度、硬度等方面均比普通石墨铝复合材料优异。相同载荷、相同转速下,镀镍石墨铝复合材料的耐磨性能优于石墨铝复合材料。其中摩擦系数可以达到0.17,石墨铝复合材料的摩擦系数为0.211。  对镀镍石墨铝复合材料进行不同烧结工艺加工。分别采用普通工艺(材料前处理+混粉+压制+烧结)、普通工艺+复压复烧、普通工艺+复压复烧+时效处理、普通工艺+复压复烧+时效处理+T6处理。分别比较了四种工艺条件下复合材料的密度、硬度、微观组织、摩擦磨损性能。研究发现,普通工艺+复压复烧+时效处理+T6处理的硬度最大,为69.34HB,比普通工艺硬度提高了24.97%。致密度可达98.1%、摩擦系数可以达到0.11。颗粒弥散分布在基体中,综合性能最好。  分析镀镍石墨铝复合材料在不同转速、不同载荷下的摩擦磨损性能。研究发现,当转速为1000r/min,载荷为800g时,材料的摩擦性能最好,此时摩擦系数可以达到0.11。磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损。
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