高含量CNTs混雜增強2024Al基復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2024Al復合材料,其中CNT的體積分數(shù)為21％和15%,然后對鑄態(tài)復合材料進行熱擠壓變形,提高材料的致密度和強度。通過OM、SEM、EDS、XRD和TEM分析鑄態(tài)和熱擠壓態(tài)復合材料的微觀組織結構、界面物相的形態(tài)與結構;采用差熱分析(DSC)探索碳納米管與鋁反應情況,并研究不同的熱處理工藝對增強體與基體界面結合強度的影響;采用室溫和高溫拉伸試驗評價材料的室溫和高溫力學性能,分析增強體的強韌

2、化機理;通過干摩擦磨損試驗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理。
　　通過混酸處理、超聲和機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制體,選擇合適的壓力浸滲工藝制備得到鑄態(tài)復合材料,并對鑄態(tài)材料進行熱擠壓。對擠壓前后的復合材料進行微觀組織觀察,結果表明,鑄態(tài)復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)的溫度對復合材料進行熱處理,通過比較發(fā)現(xiàn)在495℃保溫10h、520℃保溫2h材料的界面結合有所加強,而在700℃保溫3min,生成了大量界面脆性相,不利于界面結合。
　　熱擠壓態(tài)和時效處理態(tài)復合材料的室溫抗拉強度、屈服強度和延伸率明顯優(yōu)于鑄態(tài)復合材料。因為熱擠壓變形導致基體晶粒細化產(chǎn)生形變強化,晶須定向排列、碳納米管分布均勻;固溶時效處理的彌散強化相

4、析出提高基體材料的強度。通過對熱擠壓態(tài)復合材料高溫拉伸結果表明,在250℃時復合材料的抗拉強度高達350MPa,當溫度超過250℃,強度明顯降低,塑性升高。
　　對熱擠壓態(tài)復合材料和2024Al合金進行干摩擦磨損試驗表明:常溫下,低載荷低滑動速度條件下復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條件下復合材料以微犁削和氧化磨損為主,碳納米管的自潤滑能力沒有得到充分發(fā)揮;高溫下,復合材料的摩擦磨損特性明顯優(yōu)于鋁基體,主要