Charakterisierung der Abriebrate von Al-12 Gew.%Si Legierung basierten MMC verstärkt mit ZrO2-Partikeln

Zusammenfassung Das Hauptziel dieser Studie ist die Herstellung eines Al-12 Gew.% Si Legierung/ZrO2-Verbundmaterials mit der Stir-Gießtechnik, wobei der Schwerpunkt auf der Bewertung seiner Leistung, insbesondere hinsichtlich der Abriebmerkmale, liegt. Diese Forschung präsentiert einen einzigartigen Ansatz, indem sie die Al-12 Gew.% Si Legierung als Matrixmaterial nutzt, um maßgeschneiderte Al-Legierungs-Matrixverbundwerkstoffe zu entwickeln, die für Anwendungen mit verbesserten tribologischen Eigenschaften geeignet sind. Die Verbundmaterialien werden systematisch mit unterschiedlichen Anteilen an mikrogroßen ZrO2-Verstärkungen hergestellt, insbesondere 0,5, 1 und 3 Gew.%. Die Einbringung von ZrO2 führt zu signifikanten Verbesserungen der Abriebfestigkeit, einem kritischen Merkmal für Al-12 Gew.% Si Legierungs-basierte Verbundstoffe. Diese Verbundstoffe finden breite Anwendung in Industrien wie Marine, Luft- und Raumfahrt, Automobil und im Energiesektor, wo sie für die Herstellung wesentlicher Komponenten wie elektrische Gleitschnittstellen, Zahnräder, Lager, Buchsen, Kolben, Kolbenringe und Kupplungen unverzichtbar sind. Trotz der Verfügbarkeit verschiedener vielversprechender Verstärkungsmaterialien forschen die Wissenschaftler weiterhin an neuartigen Kombinationen von Matrizen und Verstärkungen, um Eigenschaften anzupassen und die Wirtschaftlichkeit zu verbessern. ZrO2 hat sich als bemerkenswertes Verstärkungsmaterial in metallischen Matrixverbundstoffen herauskristallisiert, wie zahlreiche Forschungsarbeiten belegen. Die mit keramischer Verstärkung hergestellten Verbundstoffe zeigen verbesserte tribologische Eigenschaften. Die Studie beobachtet, dass die Abriebrate bis zu 3 Gew.% Verstärkungen abnimmt, darüber hinaus steigt sie aufgrund der Agglomeration der Verstärkungen. Die optimale abriebfeste Kombination wird bei 3 Gew.% ZrO2 gefunden, was auf eine robuste Mikrokernung und interstitielle Metall-Sauerstoff-Bindung zurückzuführen ist, die durch den Si-Gehalt in der Al-12%Si-Matrix gefördert wird. Die Ergebnisse werden weiter mit Techniken der Reaktionsoberflächenmethodologie (RSM) optimiert und mithilfe der ANOVA-Tabelle validiert, um das Verhalten der Verbundstoffe unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu erläutern. Die Härteergebnisse bestätigen weiter den Rückgang der Abriebrate aufgrund der Einbeziehung von ZrO2-Verstärkungen, bedingt durch Mikrokernung und Verstärkung.