石墨烯增强铝基复合材料的制备及其性能研究
本文以多层石墨烯为增强体,利用高能球磨和粉末冶金结合热压的方法制备了不同石墨烯含量的铝基复合材料。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪进行了显微组织结构表征与物相分析,并对制备试样的密度、硬度、压缩性能、摩擦腐蚀性能进行相应的性能测试。同时,对球磨工艺对显微组织的影响规律和制备工艺对力学性能的影响进行了研究,并对微观组织结构影响复合材料宏观力学性能的机制进行了初步的探讨。
对制备所得到的石墨烯/铝复合粉体研究表明,铝粉表面的沟槽有助于石墨烯的附着,当球料比为5:1时,石墨烯被均匀地分散在铝粉中,混合较为均匀,无特别明显的团聚或偏聚现象发生,分散情况最好。热力学分析表明,在高能球磨的过程中,石墨烯/铝复合粉体中的界面反应为自发反应,会发生生成
Al4C3硬脆相的界面反应。本实验中铝粉表面能够分散石墨烯微片的最大含量为0.5wt%。
烧结工艺以及石墨烯/铝复合材料的研究表明,烧结温度对石墨烯增强铝基复合材料的力学性能有着较为显著的影响,随着烧结温度的升高,复合材料的维氏硬度呈现上升的趋势,在600℃时的力学性能最好。烧结过程中,随着烧结保温时间的延长,显微硬度略微上升的趋势,当烧结保温时间为5h时,复合材料的力学性能最好。随着热压压力的提高,复合材料的维氏硬度逐渐增加,当热压压力为8t时,复合材料的维氏硬度为59.30HV,相比热压压力为4t时,提高了9.43HV,增幅为18.9%。
并探讨了不同石墨烯含量对复合材料显微组织结构的影响规律。石墨烯增强铝基复合材料的性能及强化机制研究表明,本实验测试的四种复合材料的致密度
均达到了96%以上,当石墨烯的含量达到0.3wt%时,复合材料的维氏硬度最高,为65.40HV,相比纯铝来讲,维氏硬度提高了18.8%。当石墨烯含量在
0.1wt%0.3wt%时,复合材料的屈服强度随石墨烯含量的升高而升高,当石墨烯的含量为0.3wt%时,复合材料的屈服强度最高为193.85MPa,相比纯铝基体提高了27.1%。
石墨烯含量为0.3wt%的复合材料在3.5wt%NaCl溶液中摩擦时的摩擦系数几乎保持稳定,尤其在摩擦腐蚀的中后期。最后,结合复合材料的微观组织结构和力学性能,讨论了石墨烯增强铝基复合材料的强化机理。
石墨烯增强铝基复合材料的制备及其性能研究
