石墨烯納米片-6063Al復合材料微觀組織及性能研究.pdf

1、石墨烯擁有力學及物理方面多種驚人的優(yōu)良性能，近年來關于石墨烯增強復合材料的研究，也證明其作為增強體對復合材料性能進行提升的可行性。目前關于石墨烯增強金屬基（尤其是鋁基）復合材料的研究也在逐步升溫中，但仍然存在很多問題。本文通過球磨混粉和壓力浸滲工藝制備出了GNPs/6063Al復合材料，并對復合材料進行擠壓和軋制變形處理。通過金相顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、XRD、拉曼光譜、XPS等對原材料、GNPs-Al混合粉體及復合材料的微觀組織進

2、行了表征。并對復合材料的力學、熱物理性能進行了測試。
　　球磨混粉可以使石墨烯微片較為均勻地分散在基體粉末中，石墨烯分布在鋁顆粒間和包覆在顆粒表面外，部分已復合到球磨形成的大顆粒內部，形成了復合顆粒。復合材料的力學性能與球磨時間有關，球磨12h得到的1.8wt.％GNPs/6063Al復合材料的性能最好，經過13:1擠壓后彈性模量達到84GPa，T6態(tài)抗拉強度294.7MPa，屈服強度170.9MPa。
　　隨著石墨烯含量增

3、加，石墨烯分散將更加困難，復合材料缺陷增多，導致鑄態(tài)復合材料的模量呈現單調下降趨勢。經過13:1擠壓后的復合材料抗拉強度和屈服強度在石墨烯含量1.8wt.%時達到最大，T6態(tài)抗拉強度294.7MPa（相比基體提高18%），屈服強度170.9MPa（相比基體提高47%）。當含量超過1.8wt.%后，屈服強度和抗拉強度便開始下降。另外，石墨烯的加入對改善復合材料塑性貢獻不大，當含量高時反而變差。
　　變形處理能極大地提高鑄態(tài)復合材料力

4、學性能，經過6.4:1+13:1擠壓+軋制處理的GNPs含量1.8wt.%的復合材料T6態(tài)屈服強度和抗拉強度達到最大，分別為273.4MPa、337.4MPa。而經過6.4:1+13:1擠壓處理后的材料T6態(tài)彎曲強度達到了最高值576.3MPa。另外，變形處理極大改善了塑性。
　　通過SEM、TEM分析，可以證明變形處理能使鑄態(tài)復合材料晶粒細化，組織均勻化，石墨烯分散細化，還可以使石墨烯微片片層打開，定向排布等。提出來一種利用拉曼

5、光譜表征石墨烯層數的新方法。
　　建立了石墨烯強化的剪切滯后模型，計算出石墨烯的理論強化效率非常高。強化效率與石墨烯厚度片徑之比、石墨烯片層層數呈單調遞減關系，還與石墨烯定向排列程度和基體剪切屈服強度有關。通過本模型預測，4.46vol.%GNPs/6063Al復合材料中的石墨烯都為單層時，其理論屈服強度將達到360MPa。
　　鑄態(tài)復合材料的熱導率隨石墨烯含量增加而下降，經擠壓后復合材料的熱導率明顯提高，且隨含量的變化基本