纳米碳增强铁基复合材料制备及其性能研究

发布时间：2020-08-23 14:25

【摘要】：大马士革刀不仅外形精美,而且强度,韧性都很高,闻名于世。2006年在古代大马世革刀样品中发现有碳纳米管,并指出铁对碳纳米管生长有催化作用。本课题的灵感来源于大马士革刀,利用油酸作为碳源,纳米铁粉作为基体,采用电火花烧结的方式,制备纳米碳增强铁基复合材料,研究烧结工艺对复合材料结构、形貌及性能的影响,并对增强机理进行探索研究。X射线衍射分析(XRD)表明,80nm和150nm铁粉制备的复合材料有轻微氧化,生成Fe O,500nm和800nm的铁粉制备的复合材料未测出杂质相。X射线光电子能谱分析(XPS)测试分析表明,复合材料中碳成键基本为sp2C-C,这说明该复合材料制备过程中有机物碳转变成石墨类碳。通过Raman测试分析,发现有sp2碳六元环振动的特征峰G峰,有微弱的D峰,说明复合材料中的碳以sp2碳为主。通过对复合材料含碳量的测试发现,500nm复合粉体烧结材料含碳量约为0.6wt.%,800nm复合粉体烧结材料含碳量约为0.7wt.%,不同烧结温度制备的复合材料含碳量差别不大。对复合材料进行扫描电子显微镜(SEM)观察,发现原料铁粉的粒径对复合材料结构有很大影响。随着复合材料烧结温度的增加,复合材料的析出含碳组织从700℃的大的单片层逐渐转变为800℃的棒状,继续升高温度至900和950℃则变为平行排列的层片结构。通过对复合材料萃取物SEM扫描发现,碳在复合材料中以褶皱状的纳米石墨层为主。复合材料致密度都在88.2%-99.8%之间,其中80nm和150nm铁粉制备的复合材料密度较低,这可能与铁粉氧化有关。对复合材料的硬度、拉伸和压缩性能进行测试分析,150nm粉体经700℃烧结制备的复合材料硬度最高达到352.4HV;800纳米粉体经700℃烧结制备的复合材料拉伸强度达到719.3MPa,高于同样条件纯铁材料(409.3MPa)。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33
【图文】：

纳米碳管,富勒烯,石墨,结构示意图

图 1-1 富勒烯、纳米碳管、石墨烯的结构示意图[1]社会，存在巨大的研究价值；而另一种生活中常见的物不可分的关系；铁廉价，易得，与我们的生活息息相关足轻重的意义。中国是世界上最先生产钢铁的国家之一

示意图,稀土金属,冷却结晶,纳米颗粒

的氧化；同时，碳具有二维和三维多种结构，容易实现随着富勒烯、纳米碳管、石墨烯逐渐进入人们视野，许究[19]，可以作为碳包覆金属纳米材料很好的借鉴。究的纳米内核材料为金属铁，现有碳包覆铁纳米颗粒的e[20]、Fe0.96O[21]、Fe3O4[21]、Fe3C[22]、 x-Fe2.5C[22]、γ-F[25]、Fe7C3[26]和 Nd-Fe-B[27]等；但内核多为两种或多种研究铁对碳的催化作用带来很多干扰，不利于对影响规纳米颗粒的形成原理晶原理纳米材料的原理有冷却结晶原理和溶解析出原理。如ss[28]利用电弧法实现碳包覆稀土金属。利用电弧放电另冷却形成金属和碳的混合液滴，随温度下降，碳逐渐析当相平衡时，形成碳包覆稀土颗粒。其颗粒的形成取决

形貌,图片,脂肪酸盐,铁颗粒

图 1-4 HRTEM 图片（a）碳包覆铁颗粒，（b）碳包覆渗碳体颗粒[43]等人[45]在有机溶剂中分解脂肪酸盐成功得到 3~50nm Fe3料配比、控制反应条件来得到不同粒径和形貌的颗粒。图。

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