粉末冶金法制備鋁基復合材料及其性能表征.pdf

1、顆粒增強鋁基復合材料由于其較高的比硬度、比強度和較好的耐磨特性、熱傳導性以及較低的熱膨脹系數(shù),使得它們成為優(yōu)異的多功能輕質(zhì)材料。這些優(yōu)越的性能使得將顆粒增強鋁基復合材料應用于航空航天以及交通運輸方面成為了可能。碳納米管(CNT)由于其超強的力學性能和完美的一維結(jié)構(gòu),被視為輕量化結(jié)構(gòu)復合材料的理想增強和增韌材料。理論研究表明,多壁碳納米管的楊氏模量高達1.8TPa,抗拉強度則可以達到150GPa,但其密度卻只有1.8g/cm3。以碳納米管

2、為增強體的鋁基復合材料具有輕質(zhì)、高強、耐磨等優(yōu)異特性,因此具有廣泛的應用前景。石墨烯由于其高的拉伸強度、彈性模量、電/熱導率和光透率,近些年也逐漸受到關(guān)注,并被試圖應用于鋁基復合材料中。
　　本文以純鋁為基體,分別添加納米碳化硅(SiC)顆粒、多壁碳納米管(MWCNT)、單壁碳納米管(SWCNT)和氧化石墨烯(GO)作為增強相,結(jié)合傳統(tǒng)粉末冶金工藝,將壓力燒結(jié)分解為常壓燒結(jié)和高溫模壓兩個步驟,依次通過球磨、冷壓、氣氛保護燒結(jié)、高溫

3、模壓和熱擠壓成型,制備了四種鋁基復合材料。利用萬能試驗機測試了材料的抗拉強度,利用布氏硬度計測試了材料的布氏硬度,利用摩擦磨損試驗機測試了材料的耐磨特性,利用熱膨脹系數(shù)測定儀測試了材料的熱膨脹系數(shù),利用電化學工作站測試了材料的耐腐蝕性能,利用XRD測定了樣品中的物相組成,利用SEM觀察了材料斷口形貌和表面形貌。
　　研究結(jié)果表明:當納米beta-SiC添加量為5wt％時,抗拉強度可以達到215MPa,比純鋁的抗拉強度提高了110%

4、,而當alpha-SiC添加量為10wt%時,抗拉強度才160MPa。這說明beta-SiC與alpha-SiC相比,更適合作為鋁基復合材料的增強相。之后選擇力學性能更好的納米碳材料作為增強相。隨著碳納米管含量的增加(0-2wt%),復合材料的硬度逐漸上升,抗拉強度先升高后下降,在含量為1.5wt%時可達到380MPa,硬度和抗拉強度分別比純鋁提高了433%和245%。復合材料的摩擦系數(shù)和磨損量則逐漸下降,當碳納米管含量為2wt%時,摩