粉末冶金法制備鋁基復(fù)合材料及其性能表征.pdf

1、顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料由于其較高的比硬度、比強(qiáng)度和較好的耐磨特性、熱傳導(dǎo)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(qiáng)鋁基復(fù)合材料應(yīng)用于航空航天以及交通運(yùn)輸方面成為了可能。碳納米管(CNT)由于其超強(qiáng)的力學(xué)性能和完美的一維結(jié)構(gòu),被視為輕量化結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的理想增強(qiáng)和增韌材料。理論研究表明,多壁碳納米管的楊氏模量高達(dá)1.8TPa,抗拉強(qiáng)度則可以達(dá)到150GPa,但其密度卻只有1.8g/cm3。以碳納米管

2、為增強(qiáng)體的鋁基復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐磨等優(yōu)異特性,因此具有廣泛的應(yīng)用前景。石墨烯由于其高的拉伸強(qiáng)度、彈性模量、電/熱導(dǎo)率和光透率,近些年也逐漸受到關(guān)注,并被試圖應(yīng)用于鋁基復(fù)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(qiáng)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(gè)步驟,依次通過(guò)球磨、冷壓、氣氛保護(hù)燒結(jié)、高溫

3、模壓和熱擠壓成型,制備了四種鋁基復(fù)合材料。利用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試了材料的抗拉強(qiáng)度,利用布氏硬度計(jì)測(cè)試了材料的布氏硬度,利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試了材料的耐磨特性,利用熱膨脹系數(shù)測(cè)定儀測(cè)試了材料的熱膨脹系數(shù),利用電化學(xué)工作站測(cè)試了材料的耐腐蝕性能,利用XRD測(cè)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(dāng)納米beta-SiC添加量為5wt％時(shí),抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到215MPa,比純鋁的抗拉強(qiáng)度提高了110%

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