碳-Al基非晶復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、近年來，鋁基非晶合金由于較高的比強(qiáng)度、低密度等優(yōu)異性能越來越受到人們的廣泛關(guān)注，但塊體鋁基非晶合金玻璃形成能力低和室溫塑韌性差等性質(zhì)限制了其在工程中的應(yīng)用。本課題通過機(jī)械合金化法制備Al85Fe15非晶合金為研究基體，通過機(jī)械混合的方法成功制備了碳（石墨烯、碳納米管和石墨）/Al85Fe15非晶基復(fù)合材料，研究了其熱穩(wěn)定性和不同碳材料與基體的界面結(jié)合；利用放電等離子燒結(jié)和傳統(tǒng)粉末冶金法制備了塊體Al基非晶復(fù)合材料，并對燒結(jié)塊體的顯微組織

2、和力學(xué)性能進(jìn)行了分析。研究結(jié)果如下：
　　(一)機(jī)械合金化Al85Fe15非晶合金形成的研究。結(jié)果表明，在一定球磨條件下，經(jīng)過200 h，球磨產(chǎn)物為含少量面心立方(fcc)Al的非晶合金粉末，增加球磨時間至290 h球磨產(chǎn)物仍保持非晶結(jié)構(gòu)。初始晶化溫度隨著球磨時間增加而逐漸增大，晶粒尺寸先減小后趨于穩(wěn)定。
　　(二)機(jī)械混合制備碳（石墨烯，碳納米管，石墨）/Al85Fe15非晶復(fù)合材料。結(jié)果表明，混料4、6和8h后，產(chǎn)物仍保

3、持著非晶結(jié)構(gòu)，其初始晶化溫度隨著混料時間的延長而降低，且低于基體合金的Tx值(1306 K)?；炝? h可將0.3 wt.％碳納米管很好的分散于Al85Fe15非晶基體中并與基體發(fā)生機(jī)械結(jié)合，而且還可避免過多碳納米管的折斷。依據(jù)對碳納米管/Al85Fe15非晶復(fù)合材料粉末的研究，將0.3 wt.%石墨烯和石墨直接球磨混合10 h發(fā)現(xiàn)，也可均勻分散于基體中并發(fā)生機(jī)械結(jié)合。摻雜石墨烯和石墨的合金其Tx值分別為1300 K和1303 K，也低

4、于基體合金的值。對四種合金進(jìn)行晶化激活能計算，摻雜石墨的初始晶化溫度激活能最大。
　　(三)放電等離子燒結(jié)制備塊體Al基非晶復(fù)合材料。結(jié)果表明，塊體合金已完全晶化，摻雜不同碳材料的顯微硬度明顯降低，而相對密度明顯提高。SEM分析表明，塊體合金的顆粒表面出現(xiàn)融化現(xiàn)象，顆粒間發(fā)生了部分融合，但試樣仍含有較多的氣孔。
　　(四)傳統(tǒng)粉末冶金法制備塊體Al基非晶復(fù)合材料。結(jié)果表明，相同預(yù)壓力下成型的塊體在不同溫度下燒結(jié)，溫度低于12

5、73 K時，塊體合金為部分晶化的非晶復(fù)合材料，溫度提高塊體合金完全晶化，塊體合金的密度隨溫度的增加而提高，其顯微硬度在燒結(jié)溫度為1173 K時達(dá)到最大(363 HV)。不同預(yù)壓力下成型的塊體在相同溫度下燒結(jié)，試樣亦為部分晶化的非晶復(fù)合材料，塊體試樣的密度和顯微硬度均隨預(yù)壓力的增加而提高。將摻雜石墨烯、碳納米管和石墨的合金粉末在1.875 GPa的壓力下成型后，在1173 K進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，成功制備了碳/Al基非晶復(fù)合材料，并且燒結(jié)樣品的顯