高含量CNTs混雜增強(qiáng)2024Al基復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、本課題采用擠壓鑄造法成功制備了CNTs混雜增強(qiáng)2024Al復(fù)合材料,其中CNT的體積分?jǐn)?shù)為21％和15%,然后對(duì)鑄態(tài)復(fù)合材料進(jìn)行熱擠壓變形,提高材料的致密度和強(qiáng)度。通過OM、SEM、EDS、XRD和TEM分析鑄態(tài)和熱擠壓態(tài)復(fù)合材料的微觀組織結(jié)構(gòu)、界面物相的形態(tài)與結(jié)構(gòu);采用差熱分析(DSC)探索碳納米管與鋁反應(yīng)情況,并研究不同的熱處理工藝對(duì)增強(qiáng)體與基體界面結(jié)合強(qiáng)度的影響;采用室溫和高溫拉伸試驗(yàn)評(píng)價(jià)材料的室溫和高溫力學(xué)性能,分析增強(qiáng)體的強(qiáng)韌

2、化機(jī)理;通過干摩擦磨損試驗(yàn)分析材料在室溫和高溫環(huán)境中的摩擦磨損特性,并借助SEM和EDS分析手段探索室溫和高溫條件下材料的磨損機(jī)理。
　　通過混酸處理、超聲和機(jī)械攪拌工藝得到分散性良好的CNTs,采用濕法成型制備了CNT混雜碳化硅晶須的預(yù)制體,選擇合適的壓力浸滲工藝制備得到鑄態(tài)復(fù)合材料,并對(duì)鑄態(tài)材料進(jìn)行熱擠壓。對(duì)擠壓前后的復(fù)合材料進(jìn)行微觀組織觀察,結(jié)果表明,鑄態(tài)復(fù)合材料中存在部分夾鋁帶和微孔洞,而熱擠壓后材料的組織夾鋁帶減少,微孔

3、洞尺寸和數(shù)量減小,增強(qiáng)體分布均勻性和分散性得到了改善。選取2024鋁合金不同相區(qū)的溫度對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行熱處理,通過比較發(fā)現(xiàn)在495℃保溫10h、520℃保溫2h材料的界面結(jié)合有所加強(qiáng),而在700℃保溫3min,生成了大量界面脆性相,不利于界面結(jié)合。
　　熱擠壓態(tài)和時(shí)效處理態(tài)復(fù)合材料的室溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率明顯優(yōu)于鑄態(tài)復(fù)合材料。因?yàn)闊釘D壓變形導(dǎo)致基體晶粒細(xì)化產(chǎn)生形變強(qiáng)化,晶須定向排列、碳納米管分布均勻;固溶時(shí)效處理的彌散強(qiáng)化相

4、析出提高基體材料的強(qiáng)度。通過對(duì)熱擠壓態(tài)復(fù)合材料高溫拉伸結(jié)果表明,在250℃時(shí)復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度高達(dá)350MPa,當(dāng)溫度超過250℃,強(qiáng)度明顯降低,塑性升高。
　　對(duì)熱擠壓態(tài)復(fù)合材料和2024Al合金進(jìn)行干摩擦磨損試驗(yàn)表明:常溫下,低載荷低滑動(dòng)速度條件下復(fù)合材料的摩擦磨損特性沒有鋁基體的好,主要原因在于該試驗(yàn)條件下復(fù)合材料以微犁削和氧化磨損為主,碳納米管的自潤(rùn)滑能力沒有得到充分發(fā)揮;高溫下,復(fù)合材料的摩擦磨損特性明顯優(yōu)于鋁基體,主要