CN Ts-Al復(fù)合材料的攪拌摩擦加工-熱軋復(fù)合制備研究.pdf

1、碳納米管增強(qiáng)鋁基(CNTs/Al)復(fù)合材料的制備必然經(jīng)歷CNTs與鋁基體的強(qiáng)烈混合過程,導(dǎo)致CNTs在基體中雜亂無章分布,不能發(fā)揮CNTs一維納米材料的優(yōu)勢。為此,本文在攪拌摩擦加工(FSP)制備CNTs/Al復(fù)合材料的基礎(chǔ)上,通過熱軋這種二次熱加工形式,形成復(fù)合材料的 FSP/熱軋復(fù)合制備,以期實現(xiàn)CNTs在鋁基中的取向排列而獲得綜合性能的改善。主要的研究結(jié)果如下:
　　更為深入地研究了CNTs/Al復(fù)合材料FSP制備的微結(jié)構(gòu),

2、表明FSP制備有利于在攪拌摩擦中心區(qū)形成等軸狀納米級細(xì)晶組織,CNTs與基體結(jié)合界面清潔,結(jié)合良好;以微結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)分析了復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制,認(rèn)為主要受橋連強(qiáng)化、位錯強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化及細(xì)晶強(qiáng)化的影響,復(fù)合材料力學(xué)性能明顯改善,當(dāng)CNTs含量為4.7vol％時復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度達(dá)到152.7MPa,比未添加CNTs的基體材料提高了1.74倍,但CNTs在基體中的無規(guī)則排列,弱化了橋連強(qiáng)化效應(yīng)。
　　在FSP制備復(fù)合材料的基礎(chǔ)上,采用后續(xù)熱

3、軋工藝,通過分析不同工藝參數(shù)對復(fù)合材料力學(xué)性能和表面成形的影響,確定了優(yōu)化的熱軋工藝,即熱軋溫度350℃、總變形量80%及4道次熱軋,此時當(dāng) CNTs含量為4.7vol%時,可獲得221MPa的抗拉強(qiáng)度且材料成形較好。
　　研究了 FSP/熱軋復(fù)合制備復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)和物理、力學(xué)性能。結(jié)果表明,沿?zé)彳埛较蛏侠鞌嗫陧g窩處發(fā)現(xiàn)CNTs拔出、CNTs的團(tuán)聚現(xiàn)象的改善和CNTs取向的痕跡,而在垂直于熱軋方向上表現(xiàn)為脆性斷裂特征,且同時

4、觀察到軸向的 CNTs,結(jié)合 TEM觀察表明其取向性。同時,沿著熱軋方向,晶粒呈條狀分布,平均晶粒尺寸減小,CNTs周圍出現(xiàn)大量的位錯區(qū),在CNTs/Al界面層片狀生成 Al4C3相。性能方面,復(fù)合制備促使復(fù)合材料強(qiáng)度明顯提高,當(dāng) CNTs含量為4.7 vo l.%時,其抗拉強(qiáng)度為221Mpa,相比FSP制備提高了44.7%。同時,復(fù)合制備也可改善導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性,如CNTs含量為4.7 vol.%的復(fù)合材料,其電導(dǎo)率和100~400℃

5、區(qū)間平均熱膨脹系數(shù),相比FSP制備分別提高了24.06%和降低了3.0%。
　　探討了FSP/熱軋復(fù)合制備對性能的影響機(jī)制,強(qiáng)化機(jī)制包括FSP制備橋連強(qiáng)化、位錯強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化及細(xì)晶強(qiáng)化的同時,由于位錯密度的增強(qiáng)而引起的變形強(qiáng)化,另外,隨著達(dá)到臨界長度 CNTs數(shù)量的增多和 CNTs/Al界面的層片狀A(yù)l4C3相的生成,橋連強(qiáng)化效應(yīng)得到增加。對于導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性等物理性能其提高機(jī)制在于熱軋促使CNT沿軋制方向的取向和CNTs/Al界