摘要
铝及铝合金是工业中应用和研究最广泛的材料之一，而传统的单一铝材存在硬度低、摩擦系数大、易磨损等不足，这极大程度地限制了铝的应用。因此，对铝进行强化处理、结构设计，提高其摩擦学性能具有重要的工程及学术意义。 贝壳珍珠质因具有纳米级“砖-泥”结构及软硬相交替排列的层状结构而表现出较好的强度、韧性、刚度、抗冲击性和耐磨性，这极大地启发了人们对高性能材料的设计和构筑。开发与铝润湿性良好、界面结合强度高的陶瓷增强相是制备高性能铝基复合材料的关键。MoAlB是MAB相陶瓷之一，Mo-B原子间是部分共价键，比Mo-Al原子间的金属键更强，这种结构使MoAlB在MoAlB-Al体系中能够分解，并原位反应形成Mo-Al和B-Al化合物，可进一步提高铝基体的润湿性，从而改善复合材料的机械性能。 本文通过热压烧结法制备了弥散MoAlB/Al复合材料，采用差示扫描量热法和热重分析法研究了MoAlB在MoAlB-Al体系中的热稳定性，又借鉴贝壳珍珠质的层状结构，通过喷涂-叠层-热压法制备了层状MoAlB/Al复合材料，并分别对弥散和层状MoAlB/Al复合材料的机械性能和摩擦学性能进行了系统研究，分析了MoAlB含量、片层取向对复合材料摩擦学性能的影响。研究发现:(1)MoAlB与Al原位反应形成的Al12Mo界面相有效改善了增强相陶瓷和基体金属间的界面结合。(2)弥散分布的MoAlB增强相有效改善了MoAlB/Al复合材料的力学性能，同时显著提高铝基体的摩擦学性能，其优异的耐磨性能归因于复合材料的高硬度以及MoAlB的固体润滑作用。(3)层状设计有效改善了MoAlB/Al复合材料的硬度、强度、减摩擦、抗磨损性能，并且其摩擦学性能表现出明显的各向异性，其中减摩耐磨效果为:滑动方向平行于纹理方向＞垂直于纹理方向＞平行于片层方向;层状MoAlB/Al复合材料的优异耐磨性能归因于层状结构在磨合初期受到不同的应力状态，以及在磨合后期形成了多组分氧化膜。 综上，本文通过弥散强化及层状设计的方式，分别研究了复合材料组分-结构-性能之间的关系，揭示了复合材料的断裂和磨损机制，为发展轻质、高强、耐磨的铝基复合材料提供一定的实验基础与技术指导。
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