碳納米管增強鋁基復(fù)合材料組織及性能的研究.pdf

1、碳納米管增強鋁基復(fù)合材料具有密度低、抗氧化和耐磨損等優(yōu)良特性。目前制備的方法有：攪拌鑄造法、熱壓燒結(jié)法、粉末冶金法等，但各有其局限性，因此需要一種新的方法來更有效的制備復(fù)合材料。攪拌摩擦加工法（FSP）是在攪拌摩擦焊（FSW）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種材料改性以及復(fù)合材料制備的工藝，具有制造工藝及設(shè)備簡單、成本相對較低等特點。本文采用攪拌摩擦加工法制備碳納米管增強純鋁基復(fù)合材料，對復(fù)合材料的組織和性能進行了探討，并對旋轉(zhuǎn)摩擦擠壓法制備復(fù)合材料

2、進行了初步的研究。結(jié)果表明：
　　當只用一種攪拌棒制備復(fù)合材料，碳納米管體積百分比為1.6％時，容易獲得成形好且均勻的復(fù)合區(qū)域，當碳納米管含量較高時，攪拌摩擦區(qū)邊界及軸肩變形區(qū)易發(fā)生碳納米管的偏聚，很難達到宏觀的均勻分布。先用小直徑攪拌棒再用大直徑攪拌棒制備復(fù)合材料時，容易制得成形良好的復(fù)合區(qū)域，并可使攪拌摩擦區(qū)邊界的偏聚現(xiàn)象有所改善。攪拌摩擦區(qū)邊界晶粒發(fā)生了明顯的塑性變形，被扭曲拉長；軸肩變形區(qū)晶粒尺寸和攪拌摩擦中心區(qū)相似，晶粒

3、均較細小。TEM觀察結(jié)果表明，碳納米管在攪拌摩擦中心區(qū)分布均勻，嵌入到鋁基體中，并與基體之間結(jié)合良好。
　　復(fù)合材料的硬度、拉伸強度及耐磨性隨碳納米管含量的增加而提高。當只用一種攪拌棒制備復(fù)合材料、碳納米管的體積百分比為7%時，攪拌摩擦區(qū)的平均顯微硬度為60.8HV，拉伸強度可達到201.45 MPa；碳納米管的體積百分比為5.5%時，復(fù)合材料的耐磨性有顯著提高。先用小直徑攪拌棒再用大直徑攪拌棒制備復(fù)合材料、碳納米管的體積百分比為

4、5%時，攪拌摩擦區(qū)的平均顯微硬度為53.8HV，拉伸強度可達到171.06 MPa，耐磨性有顯著提高。基材和復(fù)合材料的主要磨損機制是磨粒磨損。
　　碳納米管體積百分比為1.3%-5%時，與基材相比，材料拉伸強度有一定提高，但塑性有所降低；碳納米管體積百分比為5.5%-7%時，“縮頸”現(xiàn)象消失，塑性較差，脆性增加，復(fù)合材料在宏觀上呈脆性斷裂特征，微觀上呈韌性斷裂特征。
　　用旋轉(zhuǎn)摩擦擠壓設(shè)備制備碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的初步研