石墨-ZrO2混杂增强铝复合材料的磨损性能与模型研究

"该研究探讨了石墨（Gr）和纳米氧化锆（ZrO2）混杂增强铝基复合材料的表面特性、磨损性能及其模型化。通过粉末冶金方法制造了不同Gr含量（0、2、4、6和8wt%）的Al+10wt%ZrO2复合材料，并利用XRD、SEM、EDS和元素图谱进行分析。研究发现，滑动距离、滑动速度和负载对磨损行为有显著影响，其中6wt% Gr含量的复合材料表现最佳。磨损机制主要通过SEM和EDS分析，表明存在机械混合层（MML），有助于提高耐磨性。此外，建立了五个回归模型来预测复合材料的磨损行为，模型的准确性通过统计指标评估，具有较高的预测能力。" 在本文中，作者首先介绍了铝基复合材料（Aluminium Matrix Composites, AMCs）在多个领域的重要性，尤其是由于其轻质和高强度的特性，使其在航空航天、汽车工业和机械结构部件中广泛应用。研究的焦点在于探索如何通过混杂增强（Hybrid Reinforcement）策略改进AMCs的性能，特别是耐磨性。 在材料制备部分，作者使用粉末冶金工艺将微米级石墨和纳米氧化锆引入到铝基体中，形成混杂复合材料。这一过程旨在利用两种不同增强剂的优势，以优化材料的综合性能。X射线衍射（XRD）用于确认材料的晶体结构，而扫描电子显微镜（SEM）和能量色散光谱仪（EDS）则用于观察和分析材料的微观结构和元素分布。 磨损性能测试采用了不同的滑动距离（400、600和800m）和外加荷载（30和40N），以评估Gr含量对磨损率的影响。结果显示，滑动距离是影响磨损的主要因素，其次是滑动速度，最后是负载。6wt% Gr含量的复合材料显示出最佳的耐磨性，这可能是由于Gr粒子在材料表面形成了一层保护性的机械混合层，减缓了磨损过程。 为了量化这种关系，研究者构建了五个不同的回归模型，这些模型将Gr含量、滑动距离和负载作为输入，以预测磨损行为。模型的预测精度通过相关系数（R值在0.91至0.96之间）和其他统计指标进行验证，表明这些模型可以有效地预测在研究范围内复合材料的磨损行为。 这项研究为设计和优化铝基混杂复合材料提供了重要的理论依据，尤其是在提升耐磨性方面。所建立的模型可以为工程应用提供实用的预测工具，帮助工程师在设计阶段就考虑到材料的磨损性能，从而选择最适合特定应用条件的材料组合。此外，这种方法也可以扩展到其他类型的增强材料或复合体系，以进一步改善金属基复合材料的性能。