金属基复合材料涂层摩擦学的研究进展

金属基复合材料涂层摩擦学的研究进展*

马红玉，张嗣伟

石油大学(北京) 机电工程学院，北京 102200

Email:mahongyu77@https://www.wendangku.net/doc/b04450538.html,

摘 要：在简要回顾表面涂层技术发展历程的基础上，对金属基复合材料涂层的减摩抗磨性能和制动摩擦性能以及涂层的摩擦磨损机理和影响涂层摩擦磨损性能的若干因素的研究现状进行了综述，并指出了今后在金属基复合材料涂层摩擦学方面值得进一步研究的一些问题。

关键词：金属基复合材料涂层，减摩抗磨，制动摩擦，涂层摩擦学

1.前言

金属基复合材料涂层具有耐高温、耐磨损、导电导热性好、不吸湿、不放气、尺寸稳定、不老化等优良特性，而其优异的摩擦学性能更使它在摩擦学领域倍受青睐，因此，有关金属基复合材料涂层的摩擦磨损性能的研究方兴未艾。本文仅就金属基复合材料涂层摩擦学的研究进展作一综述。

2.表面涂层技术的发展历程

Subramanian等根据涂层的发展历程把涂层技术分为3代：第一代涂层指传统的单组分涂层，即运用单一表面工程技术制备的单组分单层涂层。如TiN涂层，已广泛应用于刀具、模具、量具及轴承；第二代指二元复合涂层，如Ti-C-N、Ti-B-N、Ti-Al-N，已初步应用于某些耐磨部件上；第三代指新近出现的多层涂层及多组元复合涂层，即运用一种或多种表面工程技术将具有不同性能的材料组合到同一体系中以得到单一材料无法具备的新的性能,因而成为目前涂层中极具应用潜力的研究对象[1,2]。

3.金属基复合材料涂层减摩抗磨性能的研究现状

3.1单一涂层

单一涂层是指传统的单组分单层涂层，主要包括金属涂层、金属化合物涂层、陶瓷涂层等。金属涂层中，采用各种金属离子注入的方法，可提高注入金属表面的硬度，降低表面的摩擦系数，提高表面抗磨损性能，如H13钢表面注入Ti离子[3]。另外，如镀铬层，它具有耐磨、减摩、耐热、耐腐蚀、摩擦系数低、防咬合等特点，能改善模具表面性能，提高模具寿命[4]。陶瓷涂层中最典型的代表是TiN涂层，研究表明[5-7]，TiN涂层与基材结合良好，与基体相比，其力学性能优异，摩擦系数小，耐磨性好，已广泛应用于各领域，特别是工模具方面。其它陶瓷涂层如Al2O3涂层、Cr2O3涂层等也都具有良好的减摩抗磨性能[8]。金属化合物*本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金(项目编号：20020425005)资助

- 1 -

减摩抗磨涂层主要是一些具有自润滑性能的硫化物涂层、氧化物涂层和氟化物涂层，如MoS2涂层[9]、FeS涂层[10]、PbO涂层[8]、CaF2涂层[8]等。

3.2 复合涂层

用单一的或复合的表面工程技术将金属与一种或多种非金属微粒共同沉积于材料表面所获得的涂层称为复合涂层[4]。上面提到的第二代二元复合涂层以及第三代多层涂层和多组元复合涂层均在复合涂层的范畴内。

Ti-C-N，Ti-Al-N，Ti-Si-N及Ti-B-N涂层都是典型的二元复合涂层[1,2]，在切削刀具及工模具领域倍受关注。这类涂层大多采用气相沉积方法制备，微观组织呈现多相结构，例如Ti-B-N涂层[11]中存在TiN相、TiB相、BN相及TiBN相。业已发现[11-13]，Ti-C-N、Ti-B-N、Ti-Al-N 涂层的减摩抗磨性能均优于TiN涂层。

多组元复合涂层技术试图对涂层组成进行设计，期望各组分协同作用，从而获得性能更为优异的涂层。这类涂层主要包括：合金涂层、金属基耐磨复合涂层、自润滑复合涂层和金属－高分子材料复合涂层等。

金属合金以其良好的耐高温、耐磨损及与金属底材的粘结性而常用作涂层材料。目前广为关注的合金涂层主要是一些自熔性合金，如Ni基合金、Co基合金、Fe基合金、Zr基合金等。研究证实，在不同的基体表面激光熔覆镍基合金NiCrBSiC涂层[14]、Zr基非晶合金

Zr-Al-Ni-Cu涂层[15]，以及电弧喷涂铁基合金7Cr13涂层[16]，其硬度及减摩抗磨性能与基体相比均有明显改善。

在金属合金涂层中添加适当的材料（如纳米微粒、稀土）将会进一步提高涂层的减摩抗磨性能。例如将钼粉、自熔性合金粉及Al2O3陶瓷粉进行混合，可以获得耐磨、减摩钼基伪合金等离子弧喷涂涂层[17]；在真空熔结镍基合金涂层中加入0.8%～1.0%的纳米金刚石粉，可显著提高涂层的硬度和耐磨性，摩擦系数可减小60%[18]。在激光熔覆镍基合金NiCrBSi和NiCrBSi-WC复合合金中添加稀土氧化物CeO2（氧化铈）[19]，以及在Fe基合金涂层中引入稀土氧化物La2O3[20]，均可可促进晶粒细化，提高涂层组织均匀性及表面硬度，从而改善涂层的摩擦磨损性能。另外如Ni-SiC、Ni-P-SiC、Ni-B-B4C等复合电镀层都是良好的Ni基耐磨减摩涂层[3]。

在合金涂层中添加润滑材料可获得自润滑复合涂层。研究表明，在镍基自熔粉末中添加润滑成分CaF2/BaF2可得到镍基高温润滑涂层，当CaF2/BaF2含量为25wt%时，涂层摩擦学性能最佳，并且其磨损率随温度升高而降低[21]。Ni基/MoS2涂层也具有很好的自润滑性能[22]。其它的金属基自润滑复合涂层还有Ni-石墨、Ni-氟化石墨、Cu-In等，这些涂层已得到实际应用[3]。此外，黄锦滨等[23]还研究了Ni-Cu-P/MoS2固体润滑镀层的优化。

目前有关金属基-高分子复合涂层研究的报道很少，并且高分子添加成分仅限于PTFE，

- 2 -

如采用非电复合镀法可获得Ni 基-PTFE 复合涂层，该涂层具有较低的摩擦系数，抗磨效果明显，经热处理后，耐磨性能有较大提高[24]。化学镀Ni(Cu)P-PTFE 复合涂层具有较低的表面粗糙度和孔隙率，经时效处理后，涂层硬度和耐磨性能提高，减摩性能良好[25]。

近年来，多层涂层倍受关注，这是因为其具有如下优点[1]：①可获得各个不同材料单层特性的综合特性；②与底材更牢固地粘结；③多层涂层中多个平行于底材表面的界面可有效地抑制裂纹的产生和扩展，从而提高涂层的硬度和韧性，并获得适当的硬度/韧性比和残余应力；④可获得高致密度的厚涂层(>10μm)，满足切削刀具、磨粒磨损和冲蚀磨损等工况下的使用要求；⑤多层膜具有“应力阻挡”作用，可降低表面与次表面的最大应力，从而具有较高的承载能力。

目前，多层涂层的研究仍处于实验室阶段。关于软-硬、硬-硬交替及不同重叠周期(单层厚度及周期)的多层涂层都有报导[26-30]，张绪寿等认为[1]，一般多层膜均具有比单层膜更好的物理、力学和摩擦学性能。如WCp/Ni 基合金梯度复合涂层[31]，随着层数增多，涂层硬度提高，摩擦系数和磨损率则减小，如表1所示。他还认为[1]，在多层强化涂层中，对硬质耐磨涂层而言，较少层数的均质和非均质结构单层组成的多层涂层比层数很多的超晶格多层涂层具有更优异的摩擦学特性，后者是利用具有等同结构的单层材料，即各单层材料具有相似的化学键合、原子半径、晶格参数及在晶格尺寸之内的厚度，进行周期性排列而得到的一种

涂层[2]，

换言之，在性能、组分和结构上具有梯度特征的多层体系具有更优异的摩擦学特性；最外层、涂层总厚度及层数主要取决于工况条件。

表1 WCp/Ni 基合金梯度复合涂层的性能随层数的变化[31]

试样

编号

第一梯度层 第二梯度层 第三梯度层 硬度HRC 摩擦系数 磨损体积/mm 3基体

27 0.125 3.665 16-2

Ni60B90%+铸造WC P 10% 47 0.098 0.052 16-3

Ni60B90%+铸造WC P 10% Ni60B70%+铸造WC P 30% 55 0.093 0.042 19-4 Ni60B90%+铸造WC P 10% Ni60B70%+铸造WC P 30% Ni60B50%+铸造

WC P 50% 56.5 0.063 0.018

4. 金属基复合材料涂层的制动摩擦性能研究现状

为了改善汽车、火车和石油钻机绞车等重载制动系统的制动特性，以往的研究大多着眼

于改良刹车材质，对刹车材料的研究[32-36]主要集中于石棉有机摩擦材料、

非石棉有机摩擦材料、半金属摩擦材料和粉末冶金金属陶瓷摩擦材料等，而忽视了表面工程技术的应用，因此

- 3 -

有关金属基复合材料涂层的制动摩擦性能的研究报道还不多见。就现有文献资料来看，一些陶瓷涂层、高级合金涂层及二者的复合涂层表现出良好的制动摩擦性能。

陶瓷涂层能承受很高的表面温度，它们的低导热率产生的热障效应，减少了传递给基体的热量，从而使其温度降低，这也同样降低了在高能制动过程中，因局部瞬时高温而导致的塑性变形和金属咬合，其结果是，陶瓷涂层制动盘具有更为稳定的摩擦性能并且在使用中磨损更小[37]。国外LAMIH 实验室[38] 采用等离子喷涂获得的金属陶瓷涂层NiCr-Cr 3C 2的硬度高达800HV ，在和钛酸铝闸片匹配时，与传统的280 CDV5钢制动盘匹配Fe-Cu 烧结闸片相比，它具有稳定的摩擦系数、优良的耐磨性和不易受潮湿影响的性能，如图1所示(图中，μm 和ω分别表示摩擦系数和转速)。另外，研究表明[39]，WC 等离子喷涂涂层与GCr15钢配副，涂层的耐磨性能比基体材料(HT250)提高了两个数量级，其摩擦系数也高于灰铸铁，而对配副材料造成的磨损率基本相当。

高级合金具有优良的热机械性能和较好的抗磨抗裂(剥落)性能，它们一般适用于苛刻的磨损工况。LAMIH 实验室[38]在缩小的XC38#钢制动盘上，涂覆了以钴基或镍基为主的6级钴铬钨钼高级合金(Corec6和Nirec6)涂层，或以镍基为主涂覆1级钴铬钨钼合金(Nirec1)涂层。试验表明，Corec6和Nirec6合金制动盘的性能和金属陶瓷材料制动盘的性能相似，与Nirec1合金制动盘相反，后者的摩擦系数虽高，但不够稳定，如图2所示。此外，某些学者考察Ni 基合金涂层和Cu 基合金涂层的摩擦学特性时发现，这两种涂层在给定试验条件下均具有较高的摩擦系数(0.4以上)[40-41]。

■28CDV 5 制动盘/铁-

铜闸片，在干燥情况下；■28CDV 5 制动盘/铁- 铜闸片，在潮湿情况下；

×金属陶瓷涂层N iCr-Cr 3C 2 制动盘/A l 2T iO 5 钛酸铝闸片，在干燥情况下；

×金属陶瓷涂层N iCr-Cr 3C 2 制动盘/A l 2T iO 5 钛酸铝闸片，在潮湿情况下。 图1 28CDV5制动盘匹配铁-铜闸片和涂有金属陶瓷涂层NiCr-Cr 3C 2制动盘匹配Al 2TiO 5闸片：在潮湿情况下和干燥情况下平均摩擦系数随转速(接触压力：0. 3M Pa)的变化[38]

- 4 -

图2 有涂层的制动盘在干、湿状态下保压(120s)制动：平均摩擦系数μm与

滑动速度Vg成函数关系变化(Al2TiO5闸片，制动压力0.3MPa)[38]另外，在合金涂层中添加合适的硬质相陶瓷微粒亦可获得具有较高摩擦系数的复合涂层。易茂中等[42]对等离子喷涂Fe-Ni-Co-WC涂层的重载制动摩擦特性进行了试验研究，结果表明，在相同的试验条件下，等离子喷涂涂层分别与石棉摩擦材料和半金属摩擦材料对摩时的摩擦系数均比与基体35CrMo钢对摩时的高，制动时间短，制动效率和耐磨性能都明显提高，制动力矩峰小，刹车平稳，制动特性好。其它如激光熔覆NiCrBSi-TiC复合涂层[43]、等离子喷涂镍基WC陶瓷涂层[44]、激光熔覆Cu基-WC P复合涂层[45]、表面高速电弧喷涂Fe-Al/WC 复合涂层[46]、等离子喷涂碳化铬-镍铬涂层[47]，由于陶瓷材料的加入，不但摩擦系数高，耐磨性也得到明显改善。

5.涂层的摩擦磨损机理的研究进展

5.1 宏观力学机理

宏观力学机理描述摩擦磨损现象时着重考虑接触表面的应力及应变分布和由此引起的弹塑性变形、磨屑的形成过程及其动力学。接触表面的摩擦学性能主要取决于以下四个因素：(1)涂层和基体的硬度关系，(2)涂层厚度，(3)接触表面的粗糙度，(4)接触表面上任何碎屑的尺寸和硬度[48]。

涂层硬度及其与基体硬度的关系是个重要参数。软涂层能减小摩擦。软基体上的硬涂层，则能防止微观犁削和宏观犁削的发生，因此不但能减小摩擦还能减小磨损。这种涂层存在残余压应力，能够防止拉应力的产生。减小摩擦和磨损的进一步措施是改善承载能力，也就是增加基体硬度，从而抑制由对偶件引起的变形和犁削作用[49]。

就软涂层而言，涂层厚度影响摩擦过程中的犁削作用，而对粗糙表面来说，涂层厚度影响粗糙表面微凸体穿透涂层进入基体的程度。厚且硬的涂层有助于改善软基体的承载能力，

- 5 -

这样可以减小接触面积和摩擦。软基体上涂覆薄而硬的涂层，则涂层会因基体变形产生应力而发生破裂。尽管微凸体容易导致磨粒磨损和疲劳磨损，但粗糙表面确实能减小实际接触面积[49]。

滑动接触面上游离颗粒或碎屑是十分常见的，它们可能来自周围环境，也可能由磨损产生。在某些接触情况下，它们对摩擦磨损的影响是相当大的，这主要取决于颗粒直径、涂层厚度与表面粗糙度的关系以及颗粒、涂层和基体三者的硬度关系[49]。

5.2 微观力学机理

微观力学机理着重考虑应力和应变的形成、微裂纹的产生和扩展、材料的运移及颗粒的形成。在典型的工程实例中，这些现象都发生在微米级水平甚至纳米级水平。剪切和破裂是微裂纹成核、扩展并最终导致材料的运移及磨痕与磨屑的形成的两个基本机制，但这方面的理论还不完善。研究微观力学机理的另一条途径是采用Berthier等建立的速度调节模式概念进行分析[50]。

5.3 摩擦化学机理

摩擦化学机理主要考虑涂层工作的环境、介质的化学特性及可能发生的摩擦化学反应。滑动过程中接触表面上发生的化学反应将改变最外层的化学组成及其力学性能，这对摩擦磨损性能有很大影响，因为摩擦磨损性能在很大程度上决定于表面性能，而在接触表面上，剪切、微裂纹及微凸体犁削这些现象时有发生。影响摩擦化学反应的主要因素是微凸体碰撞点上很高的局部压力和超过1000℃的闪温[49]。

试验表明，硬质TiN涂层之间的滑动摩擦系数最低可达0.1，类金刚石涂层与不同对偶材料的摩擦系数甚至小至0.05。摩擦系数如此小可以用硬质涂层上形成的低剪切微观薄膜进行解释，如果从微观水平考察接触表面，则微观薄膜实际上是硬质基体上的软质涂层，只不过充当硬质基体的是先前的硬质涂层。如果先前的基体足够硬，以致能够防止脆性涂层破裂、提高承载能力并减小实际接触面积，这显然对摩擦磨损性能是十分有益的[49]。

另外，在空气中，大多数金属表面容易形成氧化膜。有些氧化膜比金属易剪切，如氧化铜薄膜，有些氧化膜则非常坚硬，如氧化铝薄膜。研究发现，铅涂层和二硫化钼涂层表面的氧化膜能改善涂层的润滑性能[49]。

5.4 毫微物理学机理

采用毫微物理学方法旨在揭示原子水平的摩擦磨损机理。毫微物理学机理重点考察摩擦磨损的来源，载荷、结晶滑动方向和原子水平的表面粗糙度对摩擦系数的影响，以及常用的宏观摩擦学定律与纳米水平的分子摩擦学特性之间的关系。研究表明，两表面相对滑动时，其中一表面上近表面原子在对偶面原子的带动下进入运动状态，原子晶格发生振动，从而产生摩擦，滑动所需的机械能一部分转化为声能并最终转化为热能。目前，有关毫微物理学机

- 6 -

理的研究刚刚起步[50]。

5.5 材料转移机理

当磨屑剥离表面后，它对接触表面摩擦学特性的影响分两种情况，自由磨屑对摩擦磨损性能的影响已在上文提到，另外，磨屑也可能粘附在对偶面上形成转移膜，也就是说形成了新的对偶面，产生了新的材料配副，这将显著改变对偶面的摩擦学特性[50]。

6.影响涂层摩擦学特性的若干因素

6.1 涂层的化学组分

化学组分对涂层力学性能及摩擦学特性的影响十分明显，这主要表现在两个方面，即组分种类和组分含量。例如在多弧离子镀TiN涂层中添加Al、C等元素形成TiCN、TiAlN涂层，与TiN涂层相比，这两种涂层均具有较高的硬度和良好的耐磨性，与钢对摩时其摩擦系数也有所降低[51]。在镍基等离子喷涂涂层添加MoS2，随着MoS2含量的增加，涂层的磨损率和摩擦系数先降低后增加，其中含MoS220%的涂层的摩擦磨损性能最佳[22]。

6.2 涂层的结构

结构往往对性能具有决定性作用。涂层结构可以分为微观结构和宏观结构。微观结构涉及以下内容：(1)晶粒、尺寸和晶界结构，一般小的晶粒尺寸会引起金属和合金膜的硬化，而对于单相难熔化合物，硬度值并不强烈地取决于晶粒尺寸，晶界处的孔洞及微裂纹可能大大降低涂层的强度。(2)晶体的结构，包括晶形的变化，如类金刚石中立方结构与非晶结构的比值决定了其硬度及润滑性能；(3)晶体生长时的择优取向，如MoS2涂层以(002)基面平行于基体表面择优取向的涂层比棱面择优取向的涂层具有低的摩擦系数和高的耐磨性；以(111)面取向的TiN有高的硬度及耐磨性。此外，由于外来元素掺入原化合物的间隙位置而形成的亚稳态结构也可从整体上改变涂层的力学性能[2]。宏观方面考虑涂层是单层涂层还是多层复合涂层，多层复合涂层又包括梯度复合涂层和超晶格或超点阵涂层，涂层的宏观结构不同，其性能也有很大差异，这已在前面提到。

6.3 涂层与基体间的结合状况[52]

涂层与基体之间的良好结合是涂层得以发挥其作用的基本条件，也是保证涂层经久耐用的重要因素。涂层与基体间结合类型有冶金结合、扩散结合、外延生长、化学键结合、分子键结合及机械结合；影响涂层界面结合强度的因素主要是材料的润湿性能、界面元素的扩散情况、基体表面的状态、涂层的应力状态等；通常，改善膜层与基体间的界面结合力主要从以下几个方面入手：(1) 直接提高膜层与基体间的结合强度；(2) 减少膜层与基体在结合面上的应力集中；(3) 减少膜层自身的内应力。具体可采取如下措施：合理匹配覆层材料与基体材料的类型，以使涂层在基体上有良好的润湿性，易于成膜，以及尽量减少涂层与基体间

- 7 -

的应力集中；应用中间涂层(过渡层)；合理使用涂复工艺、适当控制工艺参数；进行表面预处理，如超声波清洗、等离子体处理等；利用一些促进物质间相互扩散的方法，如加热涂层和基体材料、提高涂层形成时的温度以及在膜层形成后进行适当热处理等等。

6.4 涂层厚度

涂层厚度也是影响涂层摩擦学特性的一个重要参数。为了使涂层在一定的磨损速率下能够有更长的使用寿命，希望涂层厚度比较大，但涂层厚度过大也有很多不利之处。首先，摩擦系数一般与涂层厚度成正比，当涂层厚度比较大时，其摩擦系数随之变大，导致摩擦工况恶劣。其次，涂层厚度比较大时，在涂层内部积聚的热量很难散发出去，从而在涂层内部引起很大的热应力，直接影响涂层的寿命。最后，涂层厚度与涂层内应力密切相关，当涂层厚度较大时，涂层与基体的界面在外载作用下会产生很大的界面应力，从而导致涂层裂纹萌生或涂层剥落[53]。可用的涂层厚度和材料种类有密切关系。一般可采用延展性好的结构合金，其厚度要比硬而延展性低的材料厚得多。延展性好的材料随着涂层厚度增加而产生的应力更容易释放。热膨胀系数较小的材料在相同涂层厚度下一般产生的应力较小[54]。通常抗磨涂层厚度推荐值在1mm左右。

6.5 基材特性

涂层的摩擦学特性除与其本身的物理化学性能、机械性能和组织结构有关外，还受基体的物理化学性能、机械性能、组织结构、基体与涂层的相容性等因素的影响，其中基体的硬度、表面粗糙度等对涂层的持久性、减摩性及耐磨性的影响十分明显。研究发现，在高硬度基底上沉积MoS2涂层减摩涂层，可以有效提高减摩效果、持久性、耐磨性和抗微动损伤能力[55]；表面粗糙度的改善有利于TiN层/基体的界面结合力的提高，同时可改善TiN层的摩擦学性能[56]。

7.结论

金属基复合材料涂层由于具有优良的综合性能，无论是在减摩抗磨方面，还是在制动摩擦方面，都显示出良好的应用前景。但有关金属基复合材料涂层的摩擦学研究仍处于初级阶段，尚未形成系统的理论和设计指南，而且，大多研究致力于开发新型的减摩耐磨涂层，对制动摩擦涂层的关注相对较少。应当指出，在涂层摩擦学领域，有关涂层材料与基体材料的匹配规律、不同基材上涂层制备工艺的优化、多组元涂层及多层涂层的设计和制备工艺、纳米尺度涂层技术、涂层内应力的控制以及涂层减摩抗磨机理和制动摩擦机理等方面的研究亟待进一步深入研究，以满足在不同领域应用所提出的更高的要求。

参考文献

[1] 张绪寿,余来贵,陈建敏. 表面工程摩擦学研究进展[J]. 摩擦学学报, 2000, 20(2): 156~160.

[2] 韩修训,阎逢元,阎鹏勋等. 多层涂层的摩擦学研究进展[J]. 机械工程材料, 2002, 26(5): 1~5.

- 8 -

[3] 曲敬信,汪泓宏. 表面工程手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 1998: 463

[4] 黄瑶,王雷刚,聂爱琴. 摩擦学涂层技术在模具减摩抗磨中的应用[J]. 机械工程师, 2004, 1: 55~58.

[5] 胡树兵,葛顺兰,陈湘一等. 3Cr2W8V钢模具离子镀TiN[J]. 金属热处理, 1997, 10: 14~16

[6] 陈赤囡,苏梅. TC9激光熔覆TiN涂层的组织与耐磨性的研究[J]. 北京航空航天大学学报, 1996, 24(3): 253~255.

[7] 彭志坚,苗赫濯,齐龙浩等. 高能量密度脉冲等离子体制备的氮化钛刀具涂层的微观结构与力学性能[J]. 科学通报, 2003, 48(9): 900~904.

[8] 陈爱智,张永振,肖宏滨等. 耐磨涂层材料摩擦磨损特性的研究进展[J]. 洛阳工学院学报, 2001, 22(2):

12~16.

[9]盛选禹,雒建斌,温诗铸. MoS2超细粉制备耐磨涂层及其性能分析[J]. 润滑与密封, 2000, 6: 33~34.

[10] 王海斗,庄大明,王昆林等. FeS固体润滑涂层的结构分析及磨损行为比较[J]. 金属学报, 2003, 39(10): 1031~1036.

[11] Q.Q.Yang, L.H.Zhao and L.S.Wen. A study of the composition and properties of EB-ion plating Ti-B-N coatings[J]. SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY, 1996, 78: 27~30.

[12] J.Takadoum, H.Houmid Bennani and M.Allouard. Friction and wear characteristics of TiN, TiCN and diamond-like carbon films[J]. SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY, 1996, 88: 232~238.

[13] 张德元,彭文屹,许兰萍等. TiAlN与TiCN系涂层磨损机理的比较[J]. 金属热处理, 1997, 2: 30~32.

[14] 李强,王富耻,雷廷权等. 激光熔覆Ni-Cr-B-Si-C合金的组织及其摩擦磨损特性[J]. 中国有色金属学报, 1998, 8(2): 201~205.

[15] 李刚,夏延秋,王彦芳等. 激光熔覆Zr-Al-Ni-Cu复合涂层组织及其摩擦磨损性能[J]. 摩擦学学报, 2002, 22(5): 343~346.

[16] 乔玉林,徐滨士,马世宁等. 电弧喷涂7Cr13涂层的组织结构及摩擦学机理[J]. 中国机械工程, 2002,

13(19): 1649~1651.

[17] 姚冠新,吴德宣. 等离子弧喷涂钼基伪合金涂层的试验研究[J]. 机械工程学报, 2001, 5.

[18] 朱少峰,张华堂,佟晓辉. 纳米金刚石增强镍基合金熔覆涂层的摩擦学性能[J]. 金属热处理, 2000, 12: 3~5.

[19] 田保红,黄金亮,吴磊等. 稀土氧化物和激光熔敷对复合合金喷涂层耐磨性的影响[J]. 焊接学报, 1996, 17(2): 88~93.

[20] 赵高敏,王昆林,李传刚. 稀土对Fe基合金激光熔覆层抗磨性能的影响[J]. 摩擦学学报, 2004, 24(4): 318~321.

[21] 冯大鹏,刘近朱,毛绍兰等. 热喷涂镍基高温润滑涂层的研究[J]. 机械工程材料, 1999, 23(6): 15~17.

[22] 陈爱志,张永振,肖宏滨等. 镍基MoS_2复合粉末等离子喷涂涂层的干滑动摩擦磨损性能[J]. 材料开发与应用, 2002, 17(1): 1~3.

[23] 黄锦滨,朱宝亮,刘家浚,郑林庆,张嗣伟. 新型Ni-Cu-P/MoS_2固体润滑镀层优化试验研究[J]. 中国表面工程, 1995, (3): 18~22.

[24] 王汉功,辜健,戚红雨. 一种Ni-PTFE非电复合镀层的制备工艺及抗磨损性能研究[J]. 中国表面工程, 1999, 3: 28~32.

[25] 吴玉程,叶敏,王文芳等. 化学镀镍(铜)磷聚四氟乙烯复合涂层的沉积特性[J]. 电镀与环保, 2000, 20(2): 16~20.

[26] Wei Zhang, Qunji Xue and Xushou Zhang. Microstructure and tribological characteristic of Ni-Mo multilayer

- 9 -

film deposited by ion beam mixing[J]. SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY, 1997, 91: 50~56.

[27] S.Mikhailov, A.Savan and E.Pfluger et al. Morphology and tribological properties of metal(oxide)-MoS2 nanostructured multilayer coatings[J]. SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY, 1998, 105: 175~183.

[28] Wei Zhang and Qunji Xue. Tribological properties of nickel-copper multilayer film on beryllium bronze substrate[J]. Thin solid films, 1997, 305: 292~296.

[29] H.Ziegele, C.Rebholz and H.-J.Scheibe et al. Mechanical and tribological properties of hard aluminum–carbon multilayer films prepared by the Laser-Arc technique[J]. SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY, 1998, 107: 159~167.

[30] P.Eh. Hovsepian, Y.N. Kok and A.P. Ehiasarian et al. Structure and tribological behaviour of nanoscale multilayer C-Cr coatings deposited by the combined steered cathodic arcunbalanced magnetron sputtering technique[J]. Thin solid films, 2004, 447-448: 7~13.

[31] 刘其斌,朱维东,邹龙江等. 宽带激光熔覆WC_P-Ni基合金梯度复合涂层组织与摩擦磨损特性[J]. 复合材料学报, 2002, 19(6): 52~56.

[32] 盛钢,马保吉. 制动摩擦材料研究的现状与发展[J]. 西安工业学院学报, 2000, 20(1): 127~133.

[33] 戴雅康. 高速列车摩擦制动材料的现状与发展[J]. 机车车辆工艺, 1994, 2: 1~8.

[34] 李绍忠,贺奉嘉. 汽车制动摩擦材料的现状与发展趋势[J]. 汽车研究与开发, 1995, 2: 28~31.

[35] Zhang Siwei, Wang Xinhua, Fan Qiyun and Lin Li. Investigation of the tribological performance of friction pair for disc brake of drilling rig[J]. Science in China(Series A), 2001, 44(Supplement): 253~258.

[36] 王新华,张嗣伟,樊启蕴. 石油钻机盘式刹车副材料选配的实验研究[J]. 摩擦学学报, 2002, 22(3): 197~201.

[37] 云济译. 陶瓷涂层制动盘的潜力[J]. 国外机车车辆工艺, 2003, 1: 36~37.

[38] 郭晓燕译. 制动用材料[J]. 国外机车车辆工艺, 2004, 1: 25~31.

[39] 上官宝,陈跃,铁喜顺等. WC等离子喷涂涂层摩擦磨损特性研究[J]. 表面技术, 2004, 33(1): 21~22.

[40] 陈传忠,李士同,耿浩然等. Ni60A等离子喷涂层的组织结构及其摩擦磨损特性[J]. 钢铁研究学报, 1999, 11(5): 56~59.

[41] 懂世运,韩杰才,杜善义. 铝合金表面激光熔覆Cu基复合涂层的组织及摩擦磨损性能[J]. 材料工程, 2001, 2: 26~29.

[42] 易茂中,韩志海,陈华等. 等离子喷涂铁-镍-钴-碳化钨涂层制动摩擦特性的研究[J]. 摩擦学学报, 1996,

16(2): 150~155

[43] 孙荣禄,刘勇,杨德庄. 钛合金表面激光熔覆NiCrBSi-TiC复合涂层的组织和摩擦磨损性能[J]. 中国激光, 2003, 30(7): 659~662.

[44] 陈爱志,张永振,陈跃等. 镍基WC陶瓷涂层的干滑动摩擦磨损性能[J]. 兵器材料科学与工程, 2002, 25(5): 52~54.

[45] 陈彦宾,任振安. 激光熔覆CuWC_P复合涂层[J]. 焊接学报, 2002, 23(1): 19~22.

[46] 朱子新,徐滨士,马世宁等. 高速电弧喷涂Fe-Al+WC复合涂层的摩擦学特性[J]. 摩擦学学报, 2003, 23(3): 174~178.

[47] 李剑锋,戴玮玮,丁传贤. 等离子喷涂碳化铬－镍铬涂层的摩擦学特性[J]. 摩擦学学报, 1996, 16(1): 14~20.

[48] A.Mattews, A.Leyland and K.Holmberg et al. Design aspects for advanced tribological surface coatings. Surface and Coatings Technology, 1998, 100-101: 1~6.

- 10 -

[49] Kenneth Holmberg, Allan Mattewst and Helena Ronkainen. Coatings tribology-contact mechanisms and surface design[J]. Tribology International, 1998, 31(1-3): 107~120.

[50] K.Holmberg, H.Ronkainen and A.Mattews. Tribology of thin coatings[J]. Ceramics International, 2000, 26: 787~795.

[51] 张德元,彭文屹,许兰萍等. 添加元素TiN涂层磨损机理的影响[J]. 材料科学与工艺, 1998, 6(4):89~92.

[52] 苏修梁,张欣宇. 表面涂层与基体间的界面结合强度及其测定[J]. 电镀与环保, 2004, 24(2): 6~11.

[53] 李旸,陈欠根. 表面涂层摩擦机理研究[J]. 岳阳师范学院学报, 2000, 13(4): 15~17.

[54] 赵树萍编译. 电火花沉积涂层厚度及表面光洁度分析[J]. 国外金属热处理, 2001, 22(6): 35~36.

[55] 徐桂珍,周仲荣,刘家浚. 基体材料特性对涂层抗微动磨损性能的影响[J]. 摩擦学学报, 1999, 19(3):229~233.

[56] 韦习成,李健,袁成清. 基体表面粗糙度对磁控溅射TiN涂层界面结合力的影响[J]. 机械工程材料, 2001, 25(1): 35~37.

Advances in Studies on Tribology of Metal-based

Composite Coatings

Ma Hongyu, Zhang Siwei

School of Mechanical and Electronic Engineering,

University of Petroleum, Beijing 102200, China

Abstract

Based on a brief review of the development course of surface coatings technology, An advance in studies on the tribological properties and the braking friction behaviors, as well as the friction and wear mechanisms of metal-based composite coatings is reviewed. Some factors which influence the friction and wear behaviors of the coatings are generalized here. Moreover some problems needed to investigate further in the field of the tribology of metal-based composite coatings are pointed out.

Key word: metal-based composite coatings, friction-reduction and wear-resistance, braking friction, tribology of coatings

作者简介：马红玉(1977-)，女，博士研究生，主要研究方向是摩擦学及表面工程。

- 11 -

金属基复合材料的现状与展望

金属基复合材料的现状与 展望 学院：萍乡学院 专业：无机非金属材料 学号：13461001 姓名：蒋家桐

摘要综述了金属基复合材料的进展情况,重点阐述了颗粒增强金属基复合材料和金属基复合 涂层的进展,包括其性能、现有品种、制备工艺、应用情况. 同时报道了目前本领域研究存在的问 题,如:力学问题、界面问题、热疲劳问题,并在此基础上展望发展前景. 关键词颗粒增强金属基复合材料,复合涂层材料,界面,热疲劳,功能梯度材料 随着近代高新技术的发展,对材料不断提出多方面的性能要求,推动着材料向高比强度、高比刚度、高比韧性、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等多方面发展[1 ] . 复合材料的出现在很大程度上解决了材料当前面临的问题,推进了材料的进展.金属基复合材料(MMC) 是以金属、合金或金属间化合物为基体,含有增强成分的复合材料. 这种材料的主要目标是解决航空、航天等高技术领域提高用材强度、弹性模量和减轻重量的需要,它在60 年代末才有了较快的发展,是复合材料一个新的分支. 目前尚远不如高聚物复合材料那样成熟,但由于金属基复合材料比高聚物基复合材料耐温性有所提高,同时具有弹性模量高、韧性与耐冲击性好、对温度改变的敏感性很小、较高的导电性和导热性,以及无高分子复合材料常见的老化现象等特点,成为用于宇航、航空等尖端科技的理想结构材料. 1 进展情况 目前,金属基复合材料基本上可分为纤维增强和颗粒增强两大类,所用的基体包括Al , Mg ,Ti 等轻金属及其合金以及金属间化合物等,也有少量以钢、铜、镍、钴、铅等为基体. 增强 纤维主要有碳及石墨纤维、碳化硅纤维、硼纤维、氧化铝纤维等,增强颗粒有碳化硅、氧化铝、硼 化物和碳化物等. 用以上的各种基体和增强体虽可组成大量金属基复合材料的品种,但实际上 只有极少几种有应用前景,多数仍处在研究开发阶段,甚至也有不少品种目前尚看不到其应用 前景[2 ] . 1. 1 纤维增强金属基复合材料 纤维增强金属基复合材料,由于具有高温性能好、比强度、比模量高、导电、导热性好等优 点,而成为复合材料的主要类型. 1. 2 颗粒增强金属基复合材料 由于纤维增强金属基复合材料存在上述缺点,从而未能得以大规模工业应用,只有美国、 日本等少数发达国家用于军事工业. 为此,近年来国际上又将注意力逐渐转移到颗粒增强金属 基复合材料的研究上. 这一类金属基复合材料与纤维增强金属基复合材料相比制备工艺简单, 成本低,可采用常规金属加工设备来制造,这样有利于其开发和应用. 可见,颗粒增强金属基复 合材料是非常有发展前途的. 金属基颗粒复合材料通常是作为耐磨、耐热、耐蚀、高强度材料开发的,目前用于颗粒增强

金属基复合材料的研究进展

金属基复合材料的研究进展 姓名：@@@ 学号：@@@@ 学院：@@@@ 专业：@@@@

目录 1金属基复合材料发展史 (1) 2金属基复合材料的制造方法 (1) 2.1扩散法 (1) 2.1.1扩散粘结法 (1) 2.1.2无压力金属渗透法 (2) 2.1.3预制体压力浸渗法 (2) 2.2沉积法 (2) 2.2.1反应喷射沉积法(RAD) (2) 2.2.2溅射沉积法 (2) 2.2.3化学气象沉积法 (2) 2.3液相法 (2) 2.4熔体搅拌法 (3) 3金属基复合材料的应用概况 (3) 3.1金属基复合材料的范畴界定 (3) 3.2金属基复合材料全球市场概况 (3) 3.2.1MMCs在陆上运输领域的应用 (4) 3.2.2MMCs在电子/热控领域的应用 (4) 3.2.3MMCs在航空航天领域的应用 (5) 3.2.4MMCs在其它领域的应用 (5) 3.3中国的金属基复合材料研究现状 (7) 4金属基复合材料研究的前沿趋势 (7) 4.1金属基复合材料结构的优化 (7) 4.1.1多元/多尺度MMCs (8) 4.1.2微结构韧化MMCs (8) 4.1.3层状MMCs (8) 4.1.4泡沫MMCs (8) 4.1.5双连续/互穿网络MMCs (8) 4.2结构-功能一体化 (8) 4.2.1高效热管理MMCs (8) 4.2.2低膨胀MMCs (9) 4.2.3高阻尼MMCs (9) 4.3碳纳米管增强金属基纳米复合材料 (9) 5总结与展望 (9) 参考文献 (10)

金属基复合材料的研究进展 摘要：在过去的三十年里，金属基复合材料凭借其结构轻量化和优异的耐磨、热学和电学性能，逐渐在陆上运输(汽车和火车)、热管理、民航、工业和体育休闲产业等诸多领域实现商业化的应用，确立了作为新材料和新技术的地位。本文概述了金属基复合材料的发展历史和制造方法。并且在综述金属基复合材料的研究与应用现状的基础上，对其研究的前沿趋势进行了展望。 关键词：金属基复合材料；制造方法；性能；应用；前沿展望 金属基复合材料（MMCs），是在各金属材料基体内用多种不同复合工艺，加进增强体，以改进特定所需的机械物理性能。金属基复合材料在比强度、比钢度、导电性、耐磨性、减震性、热膨胀等多种机械物理性能方面比同性材料优异得多。因此，金属基复合材料在新兴高科技领域，宇航、航空、能源及民用机电工业、汽车、电机、电刷、仪器仪表中日益广泛应用。 1金属基复合材料发展史 近代金属基复合材料的研究始于1924年Schmit[1]关于铝/氧化铝粉末烧结的研究工作。在30年代，又出现了沉淀强化理论[2,3]，并在以后的几十年中得到了很快地发展。到了60年代，金属基复合材料已经发展成为复合材料的一个新的分支。到了80年代，日本丰田公司首次将陶瓷纤维增强铝基复合材料用于制造柴油发动机活塞，从此金属基复合材料的研制与开发工作得到了飞快地发展。土耳其的S.Eroglu等用离子喷涂技术制得了NiCr-Al/MgO-ZrO2功能梯度涂层。目前，金属基复合材料已经引起有关部门的高度重视，特别是航空航天部门推进系统使用的材料，其性能已经接近了极限。因此，研制工作温度更高、比钢度、比强度大幅度增加的金属基复合材料，已经成为发展高性能材料的一个重要方向。1990年美国在航天推进系统中形成了3 250万美元的高级复合材料（主要为MMC）市场，年平均增长率为16%，远远高于高性能合金的年增长率[4]。到2000年，金属基复合材料的市场价值达到了1.5亿美元，国防/航空用金属基复合材料已占市场份额的80%[5]。预计到2005年市场对金属基复合材料的需求量将达161 t，平均年增长率为4.4%。 2金属基复合材料的制造方法 金属基复合材料的种类繁多，制造方法多样，但总体上可以归纳为4种生产方法。2.1扩散法 扩散法是将作为基本的金属粉末与裸露或有包覆层的纤维在一起压型和烧结，或在基体金属的薄箔之间置入增强剂进行冷压或热压制成金属基复合材料的方法[6]。 2.1.1扩散粘结法 这种方法常用于粉末冶金工业。对于颗粒、晶须等增强体可以采用成熟的粉末冶金法，即把增强体与金属粉末混合后冷压或热压烧结，也可以用热等压工艺。对于连续增强体比较复杂，需先将纤维进行表面涂层以改善它与金属的润湿性并起到阻碍与金属反应的作用，再浸入液态金属中制成复合丝，最后把复合丝排列并夹入金属薄片后热压烧结，对于难熔金属

金属基复合材料综述

金属基复合材料综述 专业： 学号： 姓名： 时间：

金属基复合材料综述 摘要：新材料的研究、发展与应用一直是当代高新技术的重要内容之一。其中复合材料，特别是金属基复合材料在新材料技术领域中占有重要的地位。金属基复合材料对促进世界各国军用和民用领域的高科技现代化，起到了至关重要的作用，因此倍受人们重视。本文概述了金属基复合材料的发展历史及研究现状，对金属基复合材料的分类、性能、应用、制备方法、等进行了综述，提出了金属基复合材料研究中存在的问题，探讨了金属基复合材料的发展趋势。 关键词：金属基复合材料；分类；性能；应用；制备；发展趋势 Abstract: The research development and application of new composites are one of the important matters in modern high science and technology. This paper summarizes the met al matrix composites and the development history of the present situation and the classific ation of the metal matrix composites, performance, application and preparation methods, w as reviewed, and put forward the metal matrix composites the problems existing in the res earch, discusses the metal matrix composites trend of development. Keywords: Metal matrix composites; Classification; Performance; Application; Preparation; Development trend. 1.引言 复合材料是继天然材料，加工材料和合成材料之后发展起来的新一代材料。按通常的说法，复合材料是指两种或两种以上不同性质的单一材料，通过不同的复合方法所得到的宏观多相材料。随着现代科学技术的迅猛发展，对材料性能的要求日益提高。常希望复合材料即具有良好的综合性能，又具有某些特殊性能。金属基复合材料是近年来迅速发展起来的高性能材料之一，对促进世界各国军用和民用领域的高科技现代化，起到了至关重要的作用。相信随着科学技术的不断发展，新的制造方法的出现，高性能增强物价格的不断降低，金属基复合材料在各方面将有越来越广阔的应用前景。

金属腐蚀与防护

摘要：本文论述了腐蚀的产生机理，从而探讨了防腐蚀的办法。文章介绍了金属腐蚀与腐蚀机理,详细综述了形成保护层、电化学保护法、缓蚀剂法等几种常见腐蚀防护方法的原理以及在金属腐蚀与防腐中的应用和研究进展。 关键词：金属腐蚀防护 金属腐蚀的分类：根据金属腐蚀的反应机理，腐蚀可以分为电化学腐蚀和化学腐蚀。电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质因发生电化学作用而产生的破坏；化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏。电化学腐蚀是最常见、最普遍的腐蚀,因为只要环境的介质中有水存在,金属的腐蚀就会以电化学腐蚀的形式进行。金属在各种电解质溶液,比如大气、海水和土壤等介质中所发生的腐蚀都属于电化学腐蚀.。环境中引起金属腐蚀的物质主要是氧分子和氢离子,它们分别导致金属的吸氧腐蚀和析氢腐蚀,其中又以吸氧腐蚀最为普遍。 腐蚀给人类社会带来的直接损失是巨大的。20世纪70年代前后，许多工业发达国家相继进行了比较系统的腐蚀调查工作，并发表了调查报告。结果显示，腐蚀的损蚀占全国GNP的1%到5%。这次调查是各国政府关注腐蚀的危害，也对腐蚀科学的发展起到了重要的推动作用。在此后的30年间，人们在不同程度上进行了金属的保护工作。在以后的不同时间各国又进行了不同程度的调查工作，不同时期的损失情况也是不同的。有资料记载，美国1975年的腐蚀损失为820亿美元，占国民经济总产值的4.9%；1995年为3000亿美元，占国民经济总产值的4.21%。这些数据只是与腐蚀有关的直接损失数据，间接损失数据有时是难以统计的，甚至是一个惊人的数字。我国的金属腐蚀情况也是很严重的，特别是我国对金属腐蚀的保护工作与发达的工业国家相比还有一段距离。据2003年出版的《中国腐蚀调查报告》中分析，中国石油工业的金属腐蚀损失每年约100亿人民币，汽车工业的金属腐蚀损失约为300亿人民币，化学工业的金属腐蚀损失也约为300亿人民币，这些数字都属于直接损失。如该报告中调查某火电厂锅炉酸腐蚀脆爆的实例，累计损失约15亿千瓦·时的电量，折合人民币3亿元，而由于缺少供电量所带来的间接损失还没有计算在内。所以说，金属腐蚀的损失是很严重的，必须予以高度的重视。金属腐蚀在造成经济损失的同时，也造成了资源和能源的浪费，由于所报废的设备或构件有少部分是不能再生的，可以重新也冶炼再生的部分在冶炼过程中也会耗费大量的能源。目前世界上的资源和能源日益紧张，因此由腐蚀所带来的问题不仅仅只是一个经济损失的问题了。腐蚀对金属的破坏，有时也会引发灾难性的后果，此方面的例子太多了，所以对金属腐蚀的研究是利国利民的选择。由于世界各国对于腐蚀的危害有了深刻的认识，因此利用各种技术开展了金属腐蚀学的研究，经过几十年代努力已经取得了显著的成绩。 金属防护的方法： 改善金属的本质根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐腐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。 在金属表面形成保护层在金属表面覆盖各种保护，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法[3]。工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类。它们是用化学方法、物理方法和电化学方法实现的。该法就是使金属表面形成转化层和加上一层坚固的保护层，达到隔离大气保护金属的目的.如对金属表面实施电镀、化学镀以及氧化、磷化处理等，可使金属表面覆盖一层耐腐蚀的保护层;也可以对金属表面氮化。

金属基复合材料蠕变性能的研究现状和展望

金属基复合材料蠕变性能的研究现状和展望3 田　君1,2,李文芳1,韩立发2,彭继华1 (1华南理工大学材料科学与工程学院,广州510640;2东莞理工学院机械工程学院,东莞523808) 摘要 综述了国内外金属基复合材料的抗高温蠕变性能的研究进展。重点分析了蠕变理论研究中的3种理论模型的特点,指出理论研究的核心问题是位错越过第二相的机制以及门槛应力的来源。详述了目前蠕变实验研究的各种实验方法与特点。讨论了利用计算机有限元分析来进行蠕变研究的优点。针对目前我国金属基复合材料的抗高温蠕变性能的研究方法提出了一些看法和展望。 关键词 金属基复合材料　位错　门槛应力　蠕变 R esearch and Development Creep of Metal Matrix Composites TIAN J un 1,2,L I Wenfang 1,HAN Lifa 2,PEN G Jihua 1 (1　College of Materials Science and Engineering ,South China University of Technology ,Guangzhou 510640;2　College of Mechanical Engineering ,Dongguan University of Technology ,Dongguan 523808) Abstract Research development on high temperature creep of metal matrix composites at home and abroad are summarized.The three theoretical models of the creep theory studies are focused on analyzing ,and the core issue of theoretical studies is a mechanism of the dislocation over the second phase and the threshold stress sources.Characte 2ristics of various experimental methods of the current creep experimental studies are recounted.Advantages of the computer finite element analysis in creep studies are discussed.The research trends and development on high tempera 2ture creep of metal matrix composites in China are presented. K ey w ords metal matrix composites ,dislocation ,threshold stress ,creep 　3东莞市高等院校科技计划项目(2008108101028);广东省金属新材料成型制备重点实验室开放基金资助项目(2008001) 　田君:1968年生,副教授,博士研究生　E 2mail :841608534@https://www.wendangku.net/doc/b04450538.html, 李文芳:通讯作者,1964年生,教授,博导　E 2mail :mewfli @ https://www.wendangku.net/doc/b04450538.html, 在能源、石油化工和航空航天等工业装置中,很多构件需在高温下工作。如火力发电的蒸汽温度可达到570℃,飞机涡轮叶片的工作温度高达1000℃以上,制氢转化和乙烯裂解温度分别达到950℃和1050℃。对这类装置材料最重要的性能要求是高温强度[1],然而常规材料无法满足高温强度性能,只有新型的高温结构材料才能胜任,如金属间化合物、陶瓷、聚合物、复合材料等。在这些高温结构材料中,只有金属基复合材料(MMC )才具有比强度和比刚度高、导热导电性好、阻尼减振、电磁屏蔽、易于加工成形和容易回收等优点,在汽车、电子通信、航空航天和国防军事等领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景,被誉为“21世纪绿色工 程材料”[2]。 MMC 的高温强度性能是指材料对高温变形与断裂的抗力。它们长期在高温并受一定载荷的环境下工作,会发生缓慢的塑性变形,也就是我们常说的蠕变。研究其蠕变性能是设计MMC 材料高温环境工作的关键。MMC 的蠕变性能与下列因素相关:基体的蠕变性能,增强体的弹性和断裂特性, 增强体的尺寸参数、分布以及增强体与基体界面性能等[3-6]。也就是需要了解MMC 材料的宏观性能与其细观结构和组成之间的关系,因此需要建立这两者关系模型。从这一实际 出发,近年来,国内外学者对MMC 的宏观性能与细观结构性能进行了大量研究,并取得了相当丰富的研究成果。从蠕变研究方法上讲,按其发展过程大体可分为3类:第一类是理论研究,建立理论模型;第二类是蠕变试验研究;第三类是结合试验数据建立有限元计算模型,进行计算机模拟。 1　理论研究 MMC 蠕变一般有以下共同特征: (1)蠕变速度比相同条件下没有强化的基体合金小得 多,第二相强化显著地提高蠕变抗力,且第二相体积分数、尺寸、在基体中的分布以及结合界面等都会影响强化作用。 (2)蠕变速率与应力关系仍可用 ε∝σn 表示,而应力指数 n 一般为7～8,甚至达到10～40。 (3)蠕变激活能远大于基体的自扩散激活能。 (4)存在门槛应力,外加应力低于门槛应力时MMC 不 发生蠕变。门槛应力值一般是Orowan 应力的1/2左右。至今还没有一种蠕变理论对上述所有的蠕变特征给出满意的解释。迄今研究的核心问题是位错越过第二相的机制以及门槛应力的来源。由于MMC 强化有粒子强化、晶须强化及纤维强化,为便于说明,不妨以粒子强化为例,围绕核

金属基复合材料的制备方法

金属基复合材料的制备方 法 Newly compiled on November 23, 2020

金属基复合材料的制备技术 摘要：现代科学技术的发展和工业生产对材料的要求日益提高，使普通的单一材料越来越难以满足实际需要。复合材料是多种材料的统计优化，集优点于一身，具有高强度、高模量和轻比重等一系列特点。尤其是金属基复合材料(MMCs)具有较高工作温度和层间剪切强度，且有导电、导热、耐磨损、不吸湿、不放气、尺寸稳定、不老化等一系列的金属特性，是一种优良的结构材料。 Abstract: The development of modern science and technology and industrial production of materials requirements increasing, the ordinary single material is more and more difficult to meet the actual needs. Composite material is a variety of statistical optimization, set merit in a body, has the advantages of high strength, high modulus and light specific gravity and a series of characteristics. Especially the metal matrix composite ( MMCs ) has the high working temperature and interlaminar shear strength, and a conductive, thermal conductivity, wear resistance, moisture, do not bleed, dimensional stability, aging and a series of metal properties, is a kind of structural material. 关键词：复合材料(Composite material)、发展概况(Development situation)、金属基复合材料(Metal base composite materia l)、发展前景(Development prospect) 正文： 一：复合材料简介 复合材料是由两种或两种以上不同物理、化学性质的物质以微观或宏观的形式复合而成的多相材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：①纤维复合材料。②夹层复合材料。③细粒复合材料。④混杂复合材料。[1] 二：金属基复合材料简介

金属腐蚀与防护

第一章绪论 腐蚀：由于材料与其介质相互作用(化学与电化学)而导致的变质和破坏。 腐蚀控制的方法： 1）、改换材料 2）、表面涂漆/覆盖层 3）、改变腐蚀介质和环境 4）、合理的结构设计 5）、电化学保护 均匀腐蚀速率的评定方法： 失重法和增重法；深度法； 容量法(析氢腐蚀)；电流密度； 机械性能(晶间腐蚀)；电阻性. 第二章电化学腐蚀热力学 热力学第零定律状态函数(温度) 热力学第一定律(能量守恒定律) 状态函数(内能) 热力学第二定律状态函数(熵) 热力学第三定律绝对零度不可能达到 2.1、腐蚀的倾向性的热力学原理 腐蚀反应自发性及倾向性的判据： ?G：反应自发进行 < ?G：反应达到平衡 = ?G：反应不能自发进行 > 注：ΔG的负值的绝对值越大，该腐蚀的自发倾向性越大. 热力学上不稳定金属，也有许多在适当条件下能发生钝化而变得耐蚀. 2.2、腐蚀电池 2.2.1、电化学腐蚀现象与腐蚀电池 电化学腐蚀：即金属材料与电解质接触时，由于腐蚀电池作用而引起金属材料腐蚀破坏. 腐蚀电池(或腐蚀原电池)：即只能导致金属材料破坏而不能对外做工的短路原电 池. 注：1)、通过直接接触也能形成原电池而不一定要有导线的连接； 2)、一块金属不与其他金属接触，在电解质溶液中也会产生腐蚀电池. 丹尼尔电池：(只要有电势差存在) a)、电极反应具有热力学上的可逆性； b)、电极反应在无限接近电化学平衡条件下进行； c)、电池中进行的其它过程也必须是可逆的. 电极电势略高者为阴极 电极电势略低者为阳极 电化学不均匀性微观阴、阳极微观、亚微观腐蚀电池均匀腐蚀

2.2.2、金属腐蚀的电化学历程 腐蚀电池： 四个部分：阴极、阳极、电解质溶液、连接两极的电子导体(即电路) 三个环节：阴极过程、阳极过程、电荷转移过程(即电子流动) 1)、阳极过程氧化反应 ++ - M n M →ne 金属变为金属离子进入电解液，电子通过电路向阴极转移. 2)、阴极过程还原反应 []- -? D D ne +ne → 电解液中能接受电子的物质捕获电子生成新物质. (即去极化剂) 3)、金属的腐蚀将集中出现在阳极区，阴极区不发生可察觉的金属损失，只起到了传递电荷的作用 金属电化学腐蚀能够持续进行的条件是溶液中存在可使金属氧化的去极化剂，而且这些去极化剂的阳极还原反应的电极电位比金属阴极氧化反应的电位高2.2.3、电化学腐蚀的次生过程 难溶性产物称二次产物或次生物质由于扩散作用形成，且形成于一次产物相遇的地方 阳极——[]+n M(金属阳离子浓度) (形成致密对金属起保护作用) 阴极——pH高 2.3、腐蚀电池类型 宏观腐蚀电池、微观腐蚀电池、超微观腐蚀电池 2.3.1、宏观腐蚀电池 特点：a)、阴、阳极用肉眼可看到； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、产生明显的局部腐蚀 1)、异金属(电偶)腐蚀电池——保护电位低的阴极区域 2)浓差电池由于同一金属的不同部位所接触的介质浓度不同所致 a、氧浓差电池——与富氧溶液接触的金属表面电位高而成为阳极区 eg：水线腐蚀——靠近水线的下部区域极易腐蚀 b、盐浓差电池——稀溶液中的金属电位低成为阴极区 c、温差电池——不同材料在不同温度下电位不同 eg：碳钢——高温阳极低温阴极 铜——高温阴极低温阳极 2.3.2、微观腐蚀电池 特点：a)、电极尺寸与晶粒尺寸相近(0.1mm-0.1μm)； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、引起微观局部腐蚀(如孔蚀、晶间腐蚀)

先进金属基复合材料制备科学基础

项目名称：先进金属基复合材料制备科学基础首席科学家：张荻上海交通大学 起止年限：2012.1-2016.8 依托部门：上海市科委

一、关键科学问题及研究内容 针对国家空天技术、电子通讯和交通运输领域等对先进金属基复合材料的共性重大需求和先进金属基复合材料的国内外发展趋势，本项目以克服制约国内先进金属复合材料制备科学的瓶颈问题为出发点，针对下列三个关键科学问题开展先进金属基复合材料制备科学基础研究： (1). 先进金属基复合材料复合界面形成及作用机制 界面是是增强相和基体相连接的“纽带”，也是力学及其他功能，如导热、导电、阻尼等特性传递的桥梁，其构造及其形成规律将直接影响复合材料的最终的组织结构和综合性能。因此，界面结构、界面结合及界面微区的调控是调控金属复合材料性能的最为关键的一环。揭示基体成分、添加元素、增强体特性复合工艺对复合过程中的界面的形成、加工变形、服役过程中的界面结构、特征的演变规律和效应，以及在多场下的组织演变规律和对复合材料的性能变化极为关键。复合效应的物理基础正是源于金属基体与增强体的性质差异，而在金属基复合材料复合制备过程中，二者的差异无疑会直接或间接地影响最终的复合组织和界面结构。因此，要想建立行之有效的金属基复合材料组分设计准则和有效调控先进金属基复合材料的结构与性能，就必须从理论上认识先进金属基复合材料的复合界面形成及作用机制。 (2). 先进金属基复合材料复合制备、加工成型中组织形成机制及演化规律 金属基复合材料的性能取决于其材料组分和复合结构，二者的形成不仅依赖于复合制备过程，还依赖于包括塑性变形、连接、热处理等后续加工和处理过程。只有在掌握金属基复合材料的组织结构演变规律的基础上，才有可能通过优化工艺参数精确调控微观组织，进而调控复合材料的性能。 (3). 使役条件下复合材料界面、组织与性能耦合响应机制 先进金属基复合材料中，由于增强体与金属基体的物理和力学性能之间存在巨大差异，造成在界面点阵分布不均匀，同时近界面基体中由于热错配，残余应力等导致晶体学缺陷含量较高。因此，在使役过程中，先进金属基复合材料的力学性能不仅取决于其材料组分，更加取决于增强体在基体中的空间分布模式、界面结合状态和组织与性能之间的耦合响应机制。只有揭示使役条件下复合材料界面、组织与性能耦合响应机制，才能真正体现先进金属基复合材料中增强体与基体的优势互补，充分利用其巨大潜力，也才可能优化复合和界面结构设计。

金属基复合材料界面

华东理工大学2012－2013学年第二学期 《金属基复合材料》课程论文2013.6班级复材101 学号10103638 温乐斐开课学院材料学院任课教师麒成绩

浅谈金属基复合材料界面特点、形成原理及控制方法 摘要 金属基复合材料都要在基体合金熔点附近的高温下制备，在制备过程中纤维、晶须、颗粒等增强体与基体将发生程度不同的相互作用和界面反应，形成各种结构的界面。界面结构和性能对金属基复合材料的性能起着决定性作用。深入研究和掌握界面反应和界面影响性能的规律，有效地控制界面的结构和性能，是获得高性能金属基复合材料的关键。本文简单讨论一下金属基复合材料的界面反应、界面对性能的影响以及控制界面反应和优化界面结构的有效途径等问题。 前言 由高性能纤维、晶须、颗粒与金属组成的金属基复合材料具有高比强度、高比模量、低热膨胀、耐热耐磨、导电导热等优异的综合性能有广阔的应用前景，是一类正在发展的重要高技术新材料。 随着金属基复合材料要求的使用性能和制备技术的发展，界面问题仍然是金属基复合材料研究发展中的重要研究方向。特别是界面精细结构及性质、界面优化设计、界面反应的控制以及界面对性能的影响规律等，尚需结合材料类型、使用性能要求深入研究。金属基复合材料的基体一般是金属、合金和金属间化合物，其既含有不同化学性质的组成元素和不同的相，同时又具有较高的熔化温度。因此，此种复合材料的制备需在接近或超过金属基体熔点的高温下进行。金属基体与增强体在高温复合时易发生不同程度的界面反应；金属基体在冷凝、凝固、热处理过程中还会发生元素偏聚、扩散、固溶、相变等。这些均使金属基复合材料界面区的结构十分复杂，界面区的结构及组成明显不同于基体和增强体，其受到金属基体成分、增强体类型、复合上艺参数等多种因素的影

铝基复合材料综述

铝基复合材料综述 XXXXXXXXXXX 摘要铝基复合材料凭借密度小、耐磨、热性能好等优点在航天航空等领域占有优势地位。文中综述了铝基复合材料的种类、铝基复合材料性能、各种铝基复合材料的制备和应用以及发展前景。 关键词铝基复合材料种类性能制备应用 Abstract Al-based alloys have advantages in the field of the aerospace by the advantages of small density , anti-function ,good thermal performance and so on. This article discussed the kinds ,performance ,approach , use and development prospect of Al-based alloys. Key words Al-based alloys kind performance approach use

1.引言 自20世纪80年代金属基复合材料大规模研究与开发以来，铝基复合材料在航空，航天，电子，汽车以及先进武器系统等领域得到迅速发展。铝基复合材料的制备工艺设计高温、增强材料的表面处理、复合成型等复杂工艺，而复合材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决于其制造技术。因此，研究和开发心的制造技术，在提高铝基复合材料性能的同时降低成本，使其得到更广泛的应用，是铝基复合材料能否得到长远发展的关键所在。铝在制作复合材料上有许多特点,如质量轻、密度小、可塑性好,铝基复合技术容易掌握,易于加工等。此外,铝基复合材料比强度和比刚度高,高温性能好,更耐疲劳和更耐磨,阻尼性能好,热膨胀系数低。同其他复合材料一样,它能组合特定的力学和物理性能,以满足产品的需要。因此,铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。2.铝基复合材料分类 按照增强体的不同,铝基复合材料可分为纤维增强铝基复合材料和颗粒增强铝基复合材料。纤维增强铝基复合材料具有比强度、比模量高,尺寸稳定性好等一系列优异性能,但价格昂贵,目前主要用于航天领域,作为航天飞机、人造卫星、空间站等的结构材料。颗粒增强铝基复合材料可用来制造卫星及航天用结构材料、飞机零部件、金属镜光学系统、汽车零部件;此外还可以用来制造微波电路插件、惯性导航系统的精密零件、涡轮增压推进器、电子封装器件等。 3.铝基复合材料的基本成分 铝及其合金都适于作金属基复合材料的基体，铝基复合材料的增强物可以是连续的纤维，也可以是短纤维，也可以是从球形到不规则形状的颗粒。目前铝基复合材料增强颗粒材料有SiC、AL2O3、BN等，金属间化合物如Ni-Al，Fe-Al和Ti-Al也被用工作增强颗粒。 4.铝基复合材料特点 在众多金属基复合材料中，铝基复合材料发展最快且成为当前该类材料发展和研究的主流，这是因为铝基复合材料具有密度低、基体合金选择范围广、热处理性好、制备工艺灵活等许多优点。另外，铝和铝合金与许多增强相都有良好的接触性能，如连续状硼、AL2O3\ 、

金属基复合材料的种类与性能

金属基复合材料的种类与性能 摘要：金属基复合材料科学是一门相对较新的材料科学，仅有40余年的发展历史。金属基复合材料的发展与现代科学技术和高技术产业的发展密切相关，特备是航天、航空、电子、汽车以及先进武器系统的迅速发展对材料提出了日益增高的性能要求，除了要求材料具有一些特殊的性能外，还要具有优良的综合性能，有力地促进了先进复合材料的迅速发展。单一的金属、陶瓷、高分子等工程材料均难以满足这些迅速增长的性能要求。金属基复合材料正是为了满足上述要求而诞生的。 关键词：金属；金属基复合材料；种类；性能特征；用途 1. 金属基复合材料的分类 按增强体类型分 1.1.1颗粒增强复合材料 颗粒增强复合材料是指弥散的增强相以颗粒的形式存在，其颗粒直径和颗粒间距较大，一般大于1μm。 1.1.2层状复合材料 这种复合材料是指在韧性和成型性较好的金属基材料中含有重复排列的高强度、高模量片层状增强物的复合材料。片曾的间距是微观的，所以在正常比例下，材料按其结构组元看，可以认为是各向异性的和均匀的。 层状复合材料的强度和大尺寸增强物的性能比较接近，而与晶须或纤维类小尺寸增强物的性能差别较大。因为增强物薄片在二维方向上的尺寸相当于结构件的大小，因此增强物中的缺陷可以成为长度和构件相同的裂纹的核心。 由于薄片增强的强度不如纤维增强相高，因此层状结构复合材料的强度受到了限制。然而，在增强平面的各个方向上，薄片增强物对强度和模量都有增强，这与纤维单向增强的复合材料相比具有明显的优越性。 1.1.3纤维增强复合材料 金属基复合材料中的一维增强体根据其长度的不同可分为长纤维、短纤维和晶须。长纤维又叫连续纤维，它对金属基体的增强方式可以以单项纤维、二维织物和三维织物存在，前者增强的复合材料表现出明显的各向异性特征，第二种材料在织物平面方向的力学性能与垂直该平面的方向不同，而后者的性能基本是个向同性的。连续纤维增强金属基复合材料是指以高性能的纤维为增强体，金属或他们的合金为基体制成的复合材料。纤维是承受载荷的，纤维的加入不但大大改变了材料的力学性能，而且也提高了耐温性能。 短纤维和晶须是比较随机均匀地分散在金属基体中，因而其性能在宏观上是各向同性的；在特殊条件下，短纤维也可以定向排列，如对材料进行二次加工（挤压）就可达到。 当韧性金属基体用高强度脆性纤维增强时，基体的屈服和塑性流动是复合材料性能的主要特征，但纤维对复合材料弹性模量的增强具有相当大的作用。 按基体类型分 主要有铝基、镁基、锌基、铜基、钛基、镍基、耐热金属基、金属间化合物基等复合材料。目前以铝基、镁基、钛基、镍基复合材料发展较为成熟，已在航天、航空、电子、汽车等工业中应用。在这里主要介绍这几种材料 1.2.1铝基复合材料 这是在金属基复合材料中应用最广的一种。由于铝合金基体为面心立方结构，因此具有良好的塑性和韧性，再加之它所具有的易加工性、工程可靠性及价格低廉等优点，为其在工程上应用创造了有利条件。再制造铝基复合材料时通常并不是使用纯铝而是铝合金。这主要是由于铝合金具有更好的综合性能。

金属基复合材料复习大纲(完整版)

金属基复合材料复习大纲 一．内生增强的金属基复材的特点. 答：1.增强体试从金属体中原位形核、长大的热力学稳定相，因此，增强体表面无污染，避免了与基体相容性不良的问题，且界面结合强度高。 2.通过合理选择反应元素（或化合物)的类型、成分及其反应性，可有效地控制原位生成增强体的种类、大小、分布和数量。 3.省去了增强体单位合成、处理和加入等工序，因此其工艺简单，成本较低。 4.从液态金属基体中原位形成增强体的工艺，可用铸造方法制备形状复杂、尺寸较大的近净成形构件。 5.在保证材料具有较好的韧性和高温性能的同时，可较大程度地提高材料的强度和弹性模量。 补：外加增强的金属基复材的特点：1.颗粒表面有污染；2.界面结合差；3.润湿性。 二.金属基复材的特点. 答：1.高比强度、高比模量；2.导热、导电性能；3.热膨胀系数小，尺寸稳定性好；4.良好的高温性能；5.耐磨性好；6.良好的疲劳性能和断裂韧度；7.不吸潮，不老化，气密性好。 三.增强体的作用. 答:传递作用承受力，提高金属基体的强度、模量、耐热性、耐磨性等性能。 四.金属基复材增强体应有的基本特性. 答:1.增强体具有能明显提高金属基体某种所需特性的性能；2.增强体应具有良好的化学稳定性；3.与金属有良好的浸润性。 五.选择增强体的原则. 答：1.力学性能：杨氏模量和塑性强度；2.物理性能：密度和热扩散系数；3.几何特性：形貌和尺寸；4.物理化学相容性；5.成本因素。 六.碳纤维制造的过程. 答：1.拉丝：可用湿法、干法或者熔融状态三种中任意一种方法进行； 2.牵伸：在室温以上，通常是在100~300℃范围内进行，W.Watt 首先发现结晶定向纤维的拉伸效应，而且这效应控制着最终纤维的模量； 3.稳定：通过400℃加热氧化的方法。这显著地降低所有的热失重，并因此保证高度石墨化和取得更好的性能。 4.碳化：在1000~2000℃范围内进行； 5.石墨化：在2000~3000℃范围内进行。 七.先驱体转化法工艺流程图. 答：二氯二甲基硅烷 脱氢 裂解 纺丝 不熔化处理 金属钠 缩合 重排 八.氧化铝纤维的制备. 答：1.淤浆法：以氧化铝粉末为主要原料，同时加入分散剂、流变助剂、烧结助剂，分散于水中，制成可纺浆料，经挤出成纤，再经干燥、烧结得到直径在200μm 左右的氧化铝纤维； 烧成 聚硅烷 聚碳硅烷 聚碳硅烷纤维 不熔化聚碳硅烷纤维 碳化烷纤维

金属腐蚀防护

金属腐蚀防护 金属材料是现代社会中使用最广泛的工程材料，在人类的文明与发展方面起着十分重要的作用。人们不仅在工农业生产，科学研究方面用到金属材料，在日常生活中也随处可见，无时无刻不在使用金属材料。然而金属材料易与周围介质发生反应，造成金属腐蚀现象，金属一但被腐蚀，其性能就会大大降低。如果是设备上的金属零部件腐蚀，将会使设备无法工作，给人们带来经济以及其它损失。因此金属防腐蚀非常重要。 防止金属腐蚀的方法有很多，具体分为以下几种： 一、在制造金属零件的过程中，添加不易与周围介质发生反应的耐腐蚀材料。比如在铬、镍钛等在空气中不易氧化，能生成致密的印化薄膜，可以抵抗酸、碱、盐等腐蚀，加入到铁或铜中，既可制成防腐蚀性优异的金属制品。利于金属粉末冶金可对各种金属元素进行灵活配比，利用添加不同性能的金属粉末来获得防腐蚀性能优异的金属零件。铁碳合金等金属材料还可通过采用热处理方法来防止腐蚀。 二、采用涂层法防腐蚀。涂层法包括两大类：涂覆和喷涂、镀层。在金属表面上制成保护层，借以隔开金属与腐蚀介质的接触，从而减少腐蚀。涂覆是把有机和无机化合物涂覆在金属表面，常用的方法是涂漆和塑料涂层，喷涂是则通过喷枪或碟式雾化器，借助于压力或离心力，分散成均匀而微细的雾滴，施涂于被涂物表面的涂装方法，主要为分：电弧喷涂、等离子喷涂、静电喷涂、手工喷涂等；金属镀层是一种利用金属粉末在工件表面形成镀层的工艺。 根据构成涂层法保护层的物质，可以分为：（1）非金属保护层：如油漆、塑料、玻璃钢、橡胶、沥青、搪瓷、混凝土、珐琅、防锈油等。（2）金属保护层：在金属表面镀上一种金属或合金，作为保护层，以减慢腐蚀速度，CVD钽涂层技术便是以传统金属作为基体，在其表面涂覆一层钽金属，使现有产品华丽升级，生成更具有耐腐蚀性、使用寿命更长久的新一代表面合金，使用寿命是普通产品的30倍。 CVD低温化学沉积钽涂层技术 三、处理腐蚀介质。处理腐蚀介质就是改变腐蚀介质的性质，降低或消除介质中的有害成分以防止腐蚀。这种方法只能在腐蚀介质数量有限的条件下进行，对于充满空间的大气当然无法处理。

复合材料综述

金属基陶瓷复合材料制备技术研究进展与应用* 付鹏，郝旭暖，高亚红，谷玉丹，陈焕铭 （宁夏大学物理电气信息工程学院，银川750021） 摘要综述了国内外在金属基陶瓷复合材料制备技术方面的最新研究进展与应用现状，展望了 国内金属基陶瓷复合材料的未来发展。 关键词金属基陶瓷复合材料制备技术应用 Development and Future Applications of Metal Matrix Composites Fabrication Technique FU Peng, HAO Xunuan, GAO Yahong, GU Yudan, CHEN Huanming (School of Physics & Electrical Information Engineering, Ningxia University, Yinchuan 750021) Abstract Recent development and future applications of metal matrix compositesfabrication technique are reviewed and some prospects of the development in metal matrix composites at home are put forward. Key words metal-based ceramic composites, fabrication technique, applications 前言：现代高技术的发展对材料的性能日益提高，单料已很难满足对性能的综合要求，材料的复合化是材料发展的必然趋势之一。陶瓷的高强度、高硬度、高弹性模量以及热化学性稳定等优异性能是其主要特点，但陶瓷所固有的脆性限制着其应用范围及使用可靠性[1—3]。因此，改善陶瓷的室温韧性与断裂韧性，提高其在实际应用中的可靠性一直是现代陶瓷研究的热点。与陶瓷基复合材料相比，通常金属基复合材料兼有陶瓷的高强度、耐高温、抗氧化特性，又具有金属的塑性和抗冲击性能，应用范围更广，诸如摩擦磨损类材料、航空航天结构件、耐高温结构件、汽车构件、抗弹防护材料等。 1 金属基陶瓷复合材料的制备 金属基陶瓷复合材料是20世纪60年代末发展起来的，目前金属基陶瓷复合材料按增强体的形式可分为非连续体增强（如颗粒增强、短纤维与晶须增强）、连续纤维增强(如石墨纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维等)[4—6]。实际制备过程中除了要考虑基体金属与增强体陶瓷之间的物性参数匹配之外，液态金属与陶瓷间的浸润性能则往往限制了金属基陶瓷复合材料的品种。目前，金属基陶瓷复合材料的制备方法主要有以下几种。 1.1 粉末冶金法 粉末冶金法制备金属基陶瓷复合材料即把陶瓷增强体粉末与金属粉末充分混合均匀后进行冷压烧结、热压烧结或者热等静压，对于一些易于氧化的金属，烧结时通入惰性保护气体进行气氛烧结。颗粒增强、短纤维及晶须增强的金属基陶瓷复合材料通常采用此种方法，其主要优点是可以通过控制粉末颗粒的尺寸来实现相应的力学性能，而且，粉末冶金法制造机械零件是一种终成型工艺，可以大量减少机加工量，节约原材料，但粉末冶金法的生产成本并不比熔炼法低[7]。 1.2 熔体搅拌法 熔体搅拌法是将制备好的陶瓷增强体颗粒或晶须逐步混合入机械或电磁搅拌的液态或半