碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料擠壓線材的性能研究.pdf

1、本文在攪拌摩擦加工(Friction Stir Processing,FSP)制備碳納米管增強(qiáng)鋁基(CNTs/Al)復(fù)合材料塊體的基礎(chǔ)上,采用旋轉(zhuǎn)摩擦擠壓(Rotational Friction Extrusion Processing,RFEP)的方法將體積分?jǐn)?shù)為0％~5.3%的CNTs/Al復(fù)合材料碳納米管增強(qiáng)鋁基(CNTs/Al)復(fù)合材料線材。研究了CNTs含量的變化對CNTs/Al復(fù)合材料線材宏觀形貌的影響、顯微組織和性能的影響

2、,并探討了復(fù)合材料線材的斷裂機(jī)制、界面特征及強(qiáng)化機(jī)制。
　　研究結(jié)果表明:CNTs的體積分?jǐn)?shù)為3.8%時,CNTs/Al復(fù)合材料線材表面成形最好,隨著CNTs含量的增加,復(fù)合材料線材表面會出現(xiàn)淺表性的周期性起皮,可通過用砂紙打磨將其去除。通過顯微觀察和面掃描,CNTs均勻的分散在鋁基體中,復(fù)合材料線材的致密性優(yōu)于FSP制備的CNTs/Al復(fù)合材料塊體。SEM觀察到,復(fù)合材料線材中的部分CNTs在鋁基體中沿著擠壓方向定向排列,并且C

3、NTs之間的相互纏結(jié)得到進(jìn)一步的改善。
　　CNTs的加入顯著的提高了復(fù)合材料線材的顯微硬度和力學(xué)性能。在相同含量CNTs的條件下,復(fù)合材料線材的拉伸強(qiáng)度高于FSP制備的CNTs/Al復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度。隨著CNTs含量的增加,復(fù)合材料塊體和線材的拉伸強(qiáng)度均逐漸增加,延伸率則呈現(xiàn)下降的趨勢。碳納米管含量為5.3Vol%時,復(fù)合材料線材縱截面的平均顯微硬度值為64.0HV,較FSP制備的CNTs5.3/Al復(fù)合材料的的攪拌區(qū)的平均硬

4、度值提高了1.7%,拉伸強(qiáng)度為196.5MPa,較FSP制備CNTs/Al復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度提高了13.4%。CNTs/Al復(fù)合材料線材的延伸率為4.0%,較FSP制備的CNTs/Al復(fù)合材料的延伸率下降了290%。并且隨著CNTs的添加CNTs/Al復(fù)合材料線材和CNTs/Al復(fù)合材料塊體的電阻率逐漸增加,CNTs/Al復(fù)合材料線材的電學(xué)性能優(yōu)于CNTs/Al復(fù)合材料塊體的電學(xué)性能。CNTs含量為5.3Vol%時,CNTs/Al復(fù)合材

5、料線材的電阻率為4.381×10-8?·m,較CNTs/Al復(fù)合材料塊體的電阻率下降了35.1%。添加的CNTs能夠有效降低鋁基體的熱膨脹系數(shù)。同一含量下的CNTs,復(fù)合材料線材的熱膨脹系數(shù)略高于FSP制備的CNTs/Al復(fù)合材料塊體的熱膨脹系數(shù)。
　　采用RFEP方法制備的CNTs/Al復(fù)合材料可以有效的改善CNTs與鋁基體的潤濕性,提高了CNTs與鋁基體結(jié)合的界面強(qiáng)度,從而使復(fù)合材料得到強(qiáng)化。CNTs/Al復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制主