石墨烯納米片-6063Al復(fù)合材料微觀組織及性能研究.pdf

1、石墨烯擁有力學(xué)及物理方面多種驚人的優(yōu)良性能，近年來(lái)關(guān)于石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料的研究，也證明其作為增強(qiáng)體對(duì)復(fù)合材料性能進(jìn)行提升的可行性。目前關(guān)于石墨烯增強(qiáng)金屬基（尤其是鋁基）復(fù)合材料的研究也在逐步升溫中，但仍然存在很多問(wèn)題。本文通過(guò)球磨混粉和壓力浸滲工藝制備出了GNPs/6063Al復(fù)合材料，并對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行擠壓和軋制變形處理。通過(guò)金相顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、XRD、拉曼光譜、XPS等對(duì)原材料、GNPs-Al混合粉體及復(fù)合材料的微觀組織進(jìn)

2、行了表征。并對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)、熱物理性能進(jìn)行了測(cè)試。
　　球磨混粉可以使石墨烯微片較為均勻地分散在基體粉末中，石墨烯分布在鋁顆粒間和包覆在顆粒表面外，部分已復(fù)合到球磨形成的大顆粒內(nèi)部，形成了復(fù)合顆粒。復(fù)合材料的力學(xué)性能與球磨時(shí)間有關(guān)，球磨12h得到的1.8wt.％GNPs/6063Al復(fù)合材料的性能最好，經(jīng)過(guò)13:1擠壓后彈性模量達(dá)到84GPa，T6態(tài)抗拉強(qiáng)度294.7MPa，屈服強(qiáng)度170.9MPa。
　　隨著石墨烯含量增

3、加，石墨烯分散將更加困難，復(fù)合材料缺陷增多，導(dǎo)致鑄態(tài)復(fù)合材料的模量呈現(xiàn)單調(diào)下降趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)13:1擠壓后的復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度在石墨烯含量1.8wt.%時(shí)達(dá)到最大，T6態(tài)抗拉強(qiáng)度294.7MPa（相比基體提高18%），屈服強(qiáng)度170.9MPa（相比基體提高47%）。當(dāng)含量超過(guò)1.8wt.%后，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度便開(kāi)始下降。另外，石墨烯的加入對(duì)改善復(fù)合材料塑性貢獻(xiàn)不大，當(dāng)含量高時(shí)反而變差。
　　變形處理能極大地提高鑄態(tài)復(fù)合材料力

4、學(xué)性能，經(jīng)過(guò)6.4:1+13:1擠壓+軋制處理的GNPs含量1.8wt.%的復(fù)合材料T6態(tài)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大，分別為273.4MPa、337.4MPa。而經(jīng)過(guò)6.4:1+13:1擠壓處理后的材料T6態(tài)彎曲強(qiáng)度達(dá)到了最高值576.3MPa。另外，變形處理極大改善了塑性。
　　通過(guò)SEM、TEM分析，可以證明變形處理能使鑄態(tài)復(fù)合材料晶粒細(xì)化，組織均勻化，石墨烯分散細(xì)化，還可以使石墨烯微片片層打開(kāi)，定向排布等。提出來(lái)一種利用拉曼

5、光譜表征石墨烯層數(shù)的新方法。
　　建立了石墨烯強(qiáng)化的剪切滯后模型，計(jì)算出石墨烯的理論強(qiáng)化效率非常高。強(qiáng)化效率與石墨烯厚度片徑之比、石墨烯片層層數(shù)呈單調(diào)遞減關(guān)系，還與石墨烯定向排列程度和基體剪切屈服強(qiáng)度有關(guān)。通過(guò)本模型預(yù)測(cè)，4.46vol.%GNPs/6063Al復(fù)合材料中的石墨烯都為單層時(shí)，其理論屈服強(qiáng)度將達(dá)到360MPa。
　　鑄態(tài)復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨石墨烯含量增加而下降，經(jīng)擠壓后復(fù)合材料的熱導(dǎo)率明顯提高，且隨含量的變化基本