纳米复合材料的摩擦磨损

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4、所未有的优越结构和功能性质而受到了越来越广泛的重视。无论是整体材料还是薄膜和涂层甚至复合材料，材料的磨损、腐蚀等失效大多起源于表面和界面。为此，材料表面和界面层的摩擦磨损性能测量已成为材料研究的热点。纳米复合材料是发展新型高强度和高耐磨材料的重要方向之一。金属基复合材料在无润滑状态下的磨损机理通常包括磨粒磨损、氧化磨损、粘着磨损和剥层磨损等。存在于复合材料表面的陶瓷增强相提高了材料对摩擦偶犁削的抵抗作用，并降低了材料的表面疲劳开裂倾向。复合材料的摩擦磨损行为同时还受到施加载荷、滑动速度和腐蚀环境等外界因素及复合材料微结构特征的影响。许多研究结果表明，传统的金属基复合材料的磨损率随陶瓷增强相体

5、积分数的增加而降低。但随着接触载荷的增加，由于磨损表面发生增强相与基体分离和部分增强相破碎，复合材料经历了由轻度磨损向严重磨损形式的转变，并可能出现粘着磨损现象。滑动诱导塑性变形使磨损亚表层的基体合金发生塑性流变，第二相颗粒将伴随基体的变形沿滑动方向发生流动，强烈的塑性变形还使亚表层基体发生亚结构细化。存在于基体合金中的增强相颗粒阻碍位错的滑移，降低了亚表层的塑性流变程度。增强相粒子与位错的交互作用导致在增强相颗粒与基体界面间产生空穴，诱发微裂纹而使材料发生层片状剥离。同时，由摩擦磨损所诱发的高密度位错、亚结构界面、高浓度空穴及微裂纹将导致复合材料表层机械性能下降。国内外对纳米薄膜材料的摩擦

6、学研究已有不少工作，但对纳米相增强金属基复合材料的摩擦磨损研究才开始不久，有待于更深入细致的研究。理论分析表明，由于具有较高的界面结合强度和机械强度，复合材料基体中纳米相在高接触应力下不易发生与基体的分离和颗粒破碎现象，抑制了向严重磨损形式的转变。如果获得原位反应生成的纳米相增强金属基复合材料，将可以进一步改善复合材料的耐磨性能。研究内容：本研究方向将对纳米复合材料的摩擦磨损行为进行研究，结合对磨损亚表层的微结构分析，探索纳米粒子对复合材料摩擦磨损性能影响的作用机制和在纳米陶瓷相增强原位复合材料的摩擦磨损机理、纳米复合材料磨损与腐蚀的交互作用，建立相关的理论模型。为开发高强度和高耐磨的纳米原

7、位复合材料和推动其在工程等方面的应用提供可靠的实验和理论依据。工作基础：本研究组在纳米相增强金属基复合材料及复合涂层的磨损与腐蚀材料的摩擦磨损等方面已有多年的工作基础。已制备了纳米碳管增强铜基复合材料、TiB2增强Cu基复合材料、Cu-纳米TiB2原位复合材料和纳米TiN复合涂层，并掌握了原位金属基复合材料的加工制备技术，同时对所制备的原位复合材料的物理、力学性能及其显微结构进行了深入的研究，积累了丰富的经验