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)、比強度高、尺寸穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點,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復(fù)合材料進(jìn)行深度塑性變形。對鑄念和經(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)浸漬實驗及電化學(xué)腐蝕實驗。利用光學(xué)會相顯微鏡(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射線衍射儀對等徑角擠壓變形過程中復(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;碳納米管的加入量對鑄態(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,還對晶界和晶粒之間起到

4、相互搭接和強化作用。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,鑄態(tài)碳納米管/AZ31鎂基復(fù)合材料的抗拉強度、延伸率、顯微硬度同時出現(xiàn)峰值,使復(fù)合材料在獲得高強度的同時還能獲得更好的延伸率。但是碳納米管具有較強的表面效應(yīng),加入過多容易導(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程中可以起到一個釘扎晶界、阻礙晶粒長大的作用。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相的均勻分散程度