镁基复合材料优良的耐磨性详解

镁基复合材料在干摩擦条件下的抗磨损性能研究进展陈百明;张振宇;张宗莹;安亮;余华俐【期刊名称】《粉末冶金工业》【年(卷),期】2014(24)3【摘要】镁基复合材料具有高的比强度和比刚度,具备替代密度较大的钢或铝基结构材料的巨大潜力。

但镁基复合材料的抗磨损性能较差,对其抗磨损性能的研究相对较少。

通过加入强化相、稀土或原位合成强化相,热处理,表面处理等方法可在某些摩擦条件下不同程度地提高镁基材料的抗磨损性能。

本文总结了近几十年来对镁基复合材料抗磨损性能的研究进展,并提出了基体的合金化和形成有效金属间化合物是提高镁基复合材料整体抗磨损性能的有效方法。

【总页数】8页(P40-47)【关键词】镁基复合材料;抗磨损性能;金属间化合物;强化相;合金化【作者】陈百明;张振宇;张宗莹;安亮;余华俐【作者单位】兰州工业学院材料工程学院;兰州陇能电力科技有限公司【正文语种】中文【中图分类】TG316.11【相关文献】1.干滑动摩擦条件下Al−Si3N纳米复合材料及rAl−Gr−Si3N4混杂复合材料摩擦磨损性能的优化 [J], R. AMBIGAI;S. PRABHU2.干摩擦条件下碳纤维填充聚苯酯基复合材料摩擦学性能研究 [J], 冯丽;吴振宇;蒋义海;陈冲3.UHMWPE基复合材料在干摩擦和油田污水条件下的摩擦磨损性能 [J], 尹璞;温建萍;甄明晖4.干滑动摩擦条件下Al.Si3N纳米复合材料及Al.Gr.Si3N4混杂复合材料摩擦磨损性能的优化 [J], R. AMBIGAI, S;S. PRABHU;;5.铝基金属复合材料在干摩擦条件下的抗磨损性能的研究进展 [J], 陈百明;张振宇;安亮;余华俐;李晶因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

复合材料的耐磨性与应用研究在当今的工程和技术领域，复合材料以其卓越的性能和广泛的应用范围，成为了备受关注的材料类型之一。

其中，耐磨性作为复合材料的一个重要性能指标，对于其在众多领域的成功应用起着关键作用。

复合材料是由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的材料组合而成的多相材料。

通过巧妙的设计和制造工艺，这些材料能够相互协同，发挥出单一材料所无法达到的性能优势。

而耐磨性，则是指材料抵抗磨损和破坏的能力，它在很大程度上决定了复合材料在实际使用中的寿命和可靠性。

从微观角度来看，复合材料的耐磨性与其组成成分、微观结构以及界面特性密切相关。

例如，增强相的种类、尺寸、形状和分布会显著影响复合材料的耐磨性能。

常见的增强相包括纤维（如碳纤维、玻璃纤维等）、颗粒（如碳化硅、氧化铝等）和晶须（如碳化硅晶须）等。

这些增强相能够有效地承担载荷，阻止磨损表面的裂纹扩展，从而提高材料的耐磨性。

以纤维增强复合材料为例，纤维的高强度和高模量能够有效地分担外界载荷，减少基体材料的变形和磨损。

而且，纤维在基体中的取向也会对耐磨性产生影响。

当纤维沿着主要磨损方向排列时，能够提供更好的耐磨性能。

复合材料的微观结构，如孔隙率、相分布的均匀性等，也会对其耐磨性产生重要影响。

较低的孔隙率有助于提高材料的致密性，减少磨损过程中的应力集中，从而增强耐磨性。

而均匀的相分布能够使载荷均匀传递，避免局部过度磨损。

界面特性在复合材料的耐磨性中同样起着至关重要的作用。

良好的界面结合能够有效地传递载荷，防止界面脱粘，从而提高耐磨性。

相反，界面结合不良会导致增强相无法充分发挥作用，降低材料的耐磨性能。

在实际应用中，复合材料的耐磨性优势得到了充分的体现。

汽车工业是复合材料的重要应用领域之一。

例如，汽车的制动系统中，采用了具有良好耐磨性的复合材料来制造刹车片和刹车盘。

这些复合材料不仅能够在高温、高摩擦的条件下保持稳定的性能，还能够有效地延长制动系统的使用寿命，提高汽车的安全性和可靠性。

增强镁合金耐磨性研究方法的总结作者：尹鹏跃张嘉璐王云乐李煜来源：《科技创新导报》 2015年第3期尹鹏跃张嘉璐王云乐李煜（上海工程技术大学机械工程学院上海 201620）摘要：镁合金是目前实际生产应用中最轻的金属材料，具有密度小，比强度和比刚度高，阻尼性、切削加工性和铸造性能好等优点。

因此，镁合金产品越来越多的用于汽车、通讯和航天工业中。

关键词:镁合金摩擦磨损中图分类号:TG146文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2015)01(c)-0024-01但由于镁合金及镁基复合材料零部件在使用过程中因相对运动不可避免地与其他材料接触并产生摩擦磨损，而其耐磨性较差，在汽车发动机零部件上的应用受到一定限制[1]。

为了改善镁合金的性能，学者们通过对镁合金进行不同方法的处理，来寻找可以提高镁合金性能的方法。

该文总结了目前对提高镁合金摩擦磨损性能研究的一些成果，并提出了一些新型研究技术。

1 镁合金的摩擦磨损镁合金的摩擦磨损大致可分为4个阶段：较低载荷，产生磨粒磨损，氧化磨损，此时在犁沟中分布有大量坑状剥落；较高载荷，产生剥层磨损，此时出现唇边及裂纹现象；高载荷，产生粘着磨损，此时犁沟更加平滑，磨损表面较为光滑；更高载荷，产生熔融磨损，辅以粘着磨损进行，此时犁沟表面十分光滑，可看到严重塑性变形现象。

常见的镁合金有Mg-Al-Zn系、Mg-A1-Si系和稀土镁合金，它们都表现出了良好的力学性能和耐热性，在摩擦磨损过程中有一定的承载能力，磨损之后的热稳定性也较好。

Mg-Al-Zn系合金主要有Mg-3A1-1Zn(AZ31)和Mg-9Al-1Zn(AZ91)等。

AZ91镁合金相比AZ31镁合金的耐高温和耐磨性要好一点。

根据刘英[2]等的研究，AZ91镁合金在较高载荷（150～200?N）下，出现了塑性变形和剥落块。

而据赵旭[3]等的研究，AZ31镁合金在中等载荷(75～100?N)时，磨损表面就出现了大块状磨屑剥落。

颗粒增强镁基复合材料颗粒增强金属基复合材料由于制备工艺简单、成本较低微观组织均匀、材料性能各向同性且可以采用传统的金属加工工艺进行二次加工等优点，已经成为金属基复合材料领域最重要的研究方向。

颗粒增强金属基复合材料的主要基体有铝、镁钛、铜和铁等，其中铝基复合材料发展最快；而镁的密度更低，有更高的比强度、比刚度，而且具有良好的阻尼性能和电磁屏蔽等性能，镁基复合材料正成为继铝基之后的又一具有竞争力的轻金属基复合材料。

镁基复合材料因其密度小，且比镁合金具有更高的比强度、比刚度、耐磨性和耐高温性能，受到航空航天、汽车、机械及电子等高技术领域的重视。

颗粒增强镁基复合材料与连续纤维增强、非连续(短纤维、晶须等)纤维增强镁基复合材料相比，具有力学性能呈各向同性、制备工艺简单、增强体价格低廉、易成型、易机械加工等特点，是目前最有可能实现低成本、规模化商业生产的镁基复合材料。

一、制备方法1、粉末冶金法粉末冶金法是把微细纯净的镁合金粉末和增颗粒均匀混合后在模具中冷压，然后在真空中将合体加热至合金两相区进行热压，最后加工成型得复合材料的方法。

粉末冶金的特点：可控制增颗粒的体积分数，增强体在基体中分布均匀；制备温度较低，一般不会发生过量的界面反应。

该法工艺设备较复杂，成本较高，不易制备形状复杂的零件。

2、熔体浸渗法熔体浸渗法包括压力浸渗、无压浸渗和负压浸渗。

压力浸渗是先将增强颗粒做成预制件，加入液态镁合金后加压使熔融的镁合金浸渗到预制件中，制成复合材料采用高压浸渗，可克服增强颗粒与基体的不润湿情况，气孔、疏松等铸造缺陷也可以得到很好的弥补。

无压浸渗是指熔的镁合金在惰性气体的保护下，不施加任何压力对增强颗粒预制件进行浸渗。

该工艺设备简单、成本低，但预制件的制备费用较高，因此不利于大规模生产。

增强颗粒与基体的润湿性是无压浸渗技术的关键。

负压浸渗是通过预制件造成真空的负压环境使熔融的镁合金渗入到预制件中。

由负压浸渗制备的SiC／Mg颗粒在基体中分布均匀。

高耐磨镁合金复合涂层综合探讨1.1镁合金概述镁元素在地壳中含量丰富，其中海水和矿物是目前所使用的镁资源主要来源。

镁属于轻质金属，纯的金属镁呈银白色。

以镁金属为主，加入其他元素或物质组成镁合金，镁合金密度范围在1.76g/cm3到1.84g/cm3之间，仅为铁的四分之一。

镁合金拉伸强度较高，通常为250MPa，根据不同的合金元素及加工方式，最高能达600MPa以上。

膨胀系数为25～26μm/m℃。

主要以铝、锌、锰、钍或少量的锆、镉等元素合金。

镁合金比其他常用的合金的密度小，除此之外还具有高比强度和高的比刚度等特点，作为结构部件时能明显降低震动带来的能量，继而具备降噪消音等性能。

不仅如此，镁合金能够进行加工切削、电焊连接、抛光表面等，是代替铝合金、钢材结构部件的候选材料之一。

在一些元素合金或特点的加工锻造出来的镁合金，刚度和强度都能高于铝合金以及钢材。

随着厚度的增加，镁合金的刚度也随之增加，在相同形状下，镁合金产品的刚度几乎要高出十倍。

由于镁合金的单位重量下，其强度比一般的工程塑料要大很多，即使美合金的密度较大，也能做出比工程塑料更加轻薄的结构部件，从而达到增强结构、轻量化等目的[1]。

镁合金熔点相对于其他合金低，利于加工压制成型，成型的结构件壁厚可达到很小的厚度，从而拥有广泛的应用领域，镁合金还具备熔融压铸等属性，与铝合金一样[2]，均可回收再利用。

1.2镁合金应用及前景镁金属为密排六方晶体结构，其硬度和塑性很低。

由于纯镁易燃，不适合作为结构材料，而镁合金材料具有高的力学性能和低的密度，化学性质比镁金属稳定许多，能够作为理想的结构材料。

适合用于轻质量、高强度、隔音屏蔽的工程结构部件以及航空、航天、汽车零部件等。

镁合金具有优良的导热性能及导电性能，成型压铸简易，可回收重复使用，污染低等特点，使其无可厚非的成为更具有应用价值和应用前景的合金材料。

石油的不可再生属性以及燃烧后带来的污染，使人们不断的在汽车领域追求省油、减少汽车尾气的排放。

镁基复合材料的应用及发展镁基复合材料是一种由镁合金基体和其他增强材料组成的复合材料。

镁合金具有低密度、高比强度和良好的机械性能等优点，但其在高温和腐蚀环境下的性能较差。

通过将其他增强材料与镁合金基体结合，可以改善镁合金的性能，并拓展其应用领域。

以下将详细介绍镁基复合材料的应用及发展。

一、航空航天领域镁基复合材料在航空航天领域有着广泛的应用。

由于镁合金具有低密度和高比强度，可以减轻飞机和航天器的重量，提高其燃油效率和载荷能力。

同时，镁基复合材料还具有良好的耐腐蚀性能，可以在恶劣的环境下使用。

目前，镁基复合材料已经成功应用于飞机结构、发动机零部件、导弹和航天器等领域。

二、汽车工业镁基复合材料在汽车工业中也有着广泛的应用前景。

由于镁合金具有低密度和良好的机械性能，可以减轻汽车的重量，提高燃油效率和行驶性能。

此外，镁基复合材料还具有良好的吸能性能，可以提高汽车的碰撞安全性。

目前，一些汽车制造商已经开始使用镁基复合材料制造车身和零部件，以实现轻量化和节能减排的目标。

三、电子领域镁基复合材料在电子领域也有着广泛的应用。

由于镁合金具有良好的导电性能和热传导性能，可以用于制造电子器件和散热器等。

此外，镁基复合材料还具有良好的抗电磁干扰性能，可以提高电子设备的稳定性和可靠性。

目前，一些电子产品中已经开始使用镁基复合材料，如手机、平板电脑和电视等。

四、医疗领域镁基复合材料在医疗领域也有着潜在的应用价值。

由于镁合金具有良好的生物相容性和生物降解性，可以用于制造骨科植入物和修复器械等。

此外，镁基复合材料还具有良好的抗菌性能，可以预防感染和促进伤口愈合。

目前，一些医疗器械制造商已经开始研发和应用镁基复合材料，以提高医疗器械的性能和安全性。

随着科学技术的不断进步，镁基复合材料的应用领域还将不断拓展。

未来，随着材料制备技术的改进和材料性能的提高，镁基复合材料有望在更多领域发挥重要作用。

同时，还需要进一步研究镁基复合材料的制备工艺、性能测试和应用评价等方面的问题，以推动其在实际应用中的发展。