碳納米管-AZ31鎂基復(fù)合材料的制備及ECAP變形.pdf

1、采用機(jī)械攪拌法及鐘罩浸塊鑄造法(制取預(yù)制塊后壓塊浸滲的兩步方法)分別制備了CNTs/AZ31鎂基復(fù)合材料,對(duì)其鑄態(tài)組織及力學(xué)性能分別進(jìn)行了觀察及測(cè)試,且對(duì)采用鐘罩浸塊法制備的復(fù)合材料進(jìn)行了固溶處理,并對(duì)其組織及力學(xué)性能分別進(jìn)行了觀察及測(cè)試,并對(duì)各種狀態(tài)下的材料的斷口形貌及CNTs與基體的界面結(jié)合問題進(jìn)行了SEM(掃描電鏡)和AFM(原子力顯微鏡)觀察。在鐘罩浸塊法制備復(fù)合材料過程中,還對(duì)CNTs在預(yù)制塊及基體中的分散性進(jìn)行了SEM觀察。

2、此外,本文還對(duì)機(jī)械攪拌法和鐘罩浸塊法制備的CNTs/AZ31鎂基復(fù)合材料分別進(jìn)行了未預(yù)擠壓態(tài)及預(yù)擠壓態(tài)的ECAP(等通道轉(zhuǎn)角擠壓)變形,研究ECAP變形對(duì)復(fù)合材料組織及力學(xué)性能的影響。
　　 研究結(jié)果表明:采用鐘罩浸塊法制備CNTs/AZ31鎂基復(fù)合材料,CNTs在預(yù)制塊及AZ31基體中具有較好的分散程度。對(duì)于機(jī)械攪拌法及鐘罩浸塊法制備的CNTs/AZ31鎂基復(fù)合材料,隨著CNTs加入量的增加,晶粒都明顯細(xì)化,力學(xué)性能都明顯提高

3、。抗拉強(qiáng)度、顯微硬度和延伸率都在CNTs加入量為1wt％時(shí)達(dá)到最大值。機(jī)械攪拌法制備的分別為190.3Mpa、88.6HV和7.82％,相比AZ31合金分別提高了27.9％、75.1％和119.66％;彈性模量在CNTs加入量為1.5％wt時(shí)達(dá)到最大值90.86Gpa,相比基體提高了70.99％。鐘罩浸塊法制備的CNTs/AZ31鎂基復(fù)合材料,相比機(jī)械攪拌法,由于CNTs在復(fù)合材料中的良好分散性,導(dǎo)致力學(xué)性能較之提高。抗拉強(qiáng)度、顯微硬度

4、、延伸率的最大值分別為210.3Mpa、96.6HV和8.56％,彈性模量在CNTs加入量為1.5wt％時(shí)達(dá)到最大值98.88Gpa;相比機(jī)械攪拌法制備的相同CNTS含量材料,分別提高了10.5％、9.0％、9.5％和8.8％;且經(jīng)過固溶處理后,抗拉強(qiáng)度和延伸率都明顯提高,在CNTs加入量為1wt％時(shí)分別達(dá)到最大值230.2Mpa和11.32％,相比鑄態(tài)時(shí),分別提高了9.5％和32.24％;顯微硬度和彈性模量相對(duì)鑄態(tài)都有所降低,在CNT

5、s加入量為1wt％和1.5wt％時(shí)分別達(dá)到最大值90.2和90.22,相比鑄態(tài)時(shí),分別降低了6.6％和8.76％。
　　 未預(yù)擠壓態(tài)的機(jī)械攪拌法制備的1％wtCNTs/AZ31鎂基復(fù)合材料ECAP變形一道次后,試樣開裂明顯,復(fù)合材料最小晶粒尺寸達(dá)到約5μm。晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),原有的晶粒取向被改變,由于CNTs的加入,有織構(gòu)軟化的傾向。顯微維氏硬度顯著提高;經(jīng)ECAP變形一道次后,縱截面和橫截面顯微硬度值為110.6和122.6HV,

6、分別提高了46.5％和62.4％。
　　 預(yù)擠壓態(tài)的鐘罩浸塊法制備的1％wtCNTs/AZ31鎂基復(fù)合材料ECAP變形后,試樣的鑄造缺陷大大減小,晶粒得到明顯細(xì)化;經(jīng)過ECAP變形四道次后,晶粒尺寸細(xì)化顯著,平均約為2μm,抗拉強(qiáng)度和延伸率顯著提高,最大值分別為1道次后的306.3Mpa及四道次后的23.33％。ECAP變形四道次后,抗拉強(qiáng)度與晶粒的尺寸出現(xiàn)反Hall-Petch現(xiàn)象,主要是因?yàn)榫Ы缁瑒?dòng)、織構(gòu)弱化以及晶界結(jié)構(gòu)綜合

7、作用的結(jié)果;影響ECAP后復(fù)合材料的延伸率變化的主要因素為CNTs的分散程度以及復(fù)合材料的晶粒尺寸,兩者綜合作用。
　　 鑄態(tài)及固溶處理后的CNTs/AZ31鎂基復(fù)合材料的斷裂形式主要都為準(zhǔn)解理斷裂,由韌窩和撕裂棱所組成。ECAP變形后,復(fù)合材料以基體延性撕裂為主體,撕裂棱具有一定取向性,存在韌性斷裂帶,CNTs密集區(qū)域多數(shù)為CNTs/基體界面脫粘并伴隨穿晶斷裂的形式。CNTs與AZ31基體間在鑄造復(fù)合過程中無明顯的界面反應(yīng),且