碳納米管-AZ31鎂基復(fù)合材料的制備與等徑角擠壓研究.pdf

1、由于鎂基復(fù)合材料具有輕質(zhì)、比強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn),使其在汽車、航空、3C電子等領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。然而,由于其極差的塑性和耐腐蝕性,嚴(yán)重的阻礙了鎂基復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用。
　　 本文首先采用碳納米管孕育塊鑄造法制備了碳納米管/AZ31鎂基復(fù)合材料。經(jīng)熱擠壓后,再利用等徑角擠壓變形工藝對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行深度塑性變形。對(duì)鑄念和經(jīng)等徑角擠壓變形不同道次后的碳納米管/AZ31鎂基復(fù)合材料在3.5wt％NaCl腐蝕介質(zhì)中進(jìn)行

2、了靜態(tài)浸漬實(shí)驗(yàn)及電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)。利用光學(xué)會(huì)相顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)研究了不同狀態(tài)下復(fù)合材料的顯微組織結(jié)構(gòu),拉伸斷口形貌分析,表面形貌分析,腐蝕表面形貌分析等;測(cè)試了復(fù)合材料的室溫力學(xué)性能和抗腐蝕性能;并利用X射線衍射儀對(duì)等徑角擠壓變形過(guò)程中復(fù)合材料織構(gòu)的演變進(jìn)行了分析。主要從提高復(fù)合材料中碳納米管的分散性入手,研究了碳納米管孕育塊鑄造法制備碳納米管/鎂基復(fù)合材料的工藝特點(diǎn);碳納米管的加入量對(duì)鑄態(tài)

3、復(fù)合材料的顯微組織、室溫力學(xué)性能及抗腐蝕性能的影響規(guī)律;等徑角擠壓變形工藝對(duì)碳納米管/鎂基復(fù)合材料的晶粒細(xì)化、室溫力學(xué)性能、織構(gòu)演變及抗腐蝕性能的影響規(guī)律。
　　 研究結(jié)果表明,采用碳納米管孕育塊鑄造法制備碳納米管/AZ31鎂基復(fù)合材料能有效地將碳納米管添加到AZ31合金中,并且具有良好的分散性。大部分碳納米管分布在晶界處的離異共晶β-Al12Mg17相和二次β-Al12Mg17相中,不僅起到細(xì)化晶粒作用,還對(duì)晶界和晶粒之間起到

4、相互搭接和強(qiáng)化作用。隨著碳納米管的加入,鑄態(tài)復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能得到顯著提高:當(dāng)碳納米管加入量為1.0wt％時(shí),鑄態(tài)碳納米管/AZ31鎂基復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度、延伸率、顯微硬度同時(shí)出現(xiàn)峰值,使復(fù)合材料在獲得高強(qiáng)度的同時(shí)還能獲得更好的延伸率。但是碳納米管具有較強(qiáng)的表面效應(yīng),加入過(guò)多容易導(dǎo)致其大量團(tuán)聚,形成微觀空隙的生成源,從而影響復(fù)合增強(qiáng)效果,使復(fù)合材料的力學(xué)性能降低。
　　 等徑角擠壓變形工藝能明顯地細(xì)化碳納米管/AZ31鎂基復(fù)

5、合材料的基體晶粒組織。碳納米管在純剪切力的作用下分散得更均勻,均勻分散在復(fù)合材料中的碳納米管在較高溫度的等徑角擠壓變形過(guò)程中可以起到一個(gè)釘扎晶界、阻礙晶粒長(zhǎng)大的作用。隨著變形道次的增加,復(fù)合材料中超細(xì)晶粒逐漸增多,當(dāng)經(jīng)過(guò)四道次等徑角擠壓變形后碳納米管/AZ31鎂基復(fù)合材料晶粒平均直徑尺寸達(dá)到約2μm。等徑角擠壓變形后碳納米管/AZ31鎂基復(fù)合材料室溫延伸率隨晶粒細(xì)化而提高,但其抗拉強(qiáng)度隨晶粒細(xì)化而降低,與Hall-Petch關(guān)系相反。碳

6、納米管/AZ31鎂基復(fù)合材料的室溫力學(xué)性能受復(fù)合材料中碳納米管的分散性、晶粒組織大小、織構(gòu)分布等因素的綜合影響。
　　 加入碳納米管能明顯提高AZ31鎂合金的抗腐蝕性能。碳納米管含量為1.5wt％的鑄態(tài)碳納米管/AZ31鎂基復(fù)合材料在3.5wt％NaCl腐蝕介質(zhì)中浸泡24小時(shí)的平均腐蝕速率由AZ31鎂合金的3.2068 mg(m2·s)降為1.1069mg(m2·s)。電極化曲線測(cè)試的腐蝕電流密度icorr,由AZ31鎂合金的5

7、.279μA/cm2減小到2.994μA/cm2。分散于復(fù)合材料中的碳納米管能起到阻礙復(fù)合材料的表面氧化層產(chǎn)生裂縫和加固氧化層的作用;同時(shí)碳納米管在鎂合金中與基體間界面結(jié)合緊密也阻礙復(fù)合材料的表面氧化層從基體上脫落,從而延緩了復(fù)合材料的進(jìn)一步氧化,提高其抗腐蝕性能。經(jīng)等徑角擠壓變形后的碳納米管/AZ31鎂基復(fù)合材料的抗腐蝕性能比鑄態(tài)復(fù)合材料得到更明顯的提高,除晶粒細(xì)化之外,隨著等徑角擠壓道次的增加,復(fù)合材料中碳納米管增強(qiáng)相的均勻分散程度