热轧对搅拌摩擦加工制备CNTs/Al复合材料微结构与性能的影响
发布时间：2021-01-20 01:22
在搅拌摩擦加工制备碳纳米管增强铝基复合材料（CNTs/Al）的基础上,研究了热轧对复合材料微结构与性能的影响。结果表明,热轧使基体晶粒沿轧制方向拉长,同时有利于CNTs的取向并在一些CNTs-Al界面形成Al4C3相;基于CNTs取向等微结构的变化以及界面反应引起界面结合力增强的因素,沿轧制方向复合材料的抗拉强度、导电性明显提高,热膨胀率降低。
【文章来源】：材料导报. 2017,31(18)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图１ＣＮＴｓ／Ａｌ复合材料的ＦＳＰ／热轧复合制备Ｆｉｇ．１ＦＳＰ／ｈｏｔｒｏｌｌｉｎｇｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＣＮＴｓ／Ａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
伸试验，拉伸加载方向平行于ＦＳＰ或热轧方向，拉伸速率为２ｍｍ／ｍｉｎ。采用Ｄ５５０１型回路电阻测量仪沿ＦＳＰ或热轧方向测试电阻，然后换算为复合材料的电导率。采用ＰＣＹ－ｌｌ型热膨胀仪进行热膨胀系数测试，测试方向平行于ＦＳＰ或热轧方向，加热温度为２５～４００℃，升温速率为５℃／ｍｉｎ，氩气保护。为方便描述，ＣＮＴｓ在ＣＮＴｓ／Ａｌ复合材料中含量为０％的试样表示为ＣＮＴｓ０／Ａｌ，含量为１．５％的试样表示为ＣＮＴｓ１．５／Ａｌ，以此类推。２结果与分析２．１微结构图２为ＦＳＰ制备的ＣＮＴｓ４．７／Ａｌ复合材料复合区的微结构。其中图２（ａ）为复合材料中铝基体的晶粒形态，可见铝晶粒为纳米级的等轴晶粒。图２（ｂ）为基体中ＣＮＴｓ的分布状态，可看到沿长度和径向方向的ＣＮＴｓ，表明ＣＮＴｓ在铝基中呈无序的分布形态，且部分ＣＮＴｓ发生卷曲、缠结。图２（ｃ）为ＣＮＴｓ与铝基的界面，可见ＣＮＴｓ－Ａｌ结合界面清洁，结合良好，在界面无中间化合物生成。图３为热轧对ＣＮＴｓ４．７／Ａｌ复合材料微结构的影响。由于热轧过程中晶粒发生塑性流变，热轧促使铝晶粒沿轧制方向取向，导致沿轧制方向纳米级铝晶粒被拉长，如图３（ａ）所示。从图３（ｂ）可完整看到几个趋于平行排列的ＣＮＴｓ，表明热轧促进了ＣＮＴｓ的取向；从图３（ｂ）中还可看到一些ＣＮＴｓ沿轴向发生了断裂，表明热轧过程中的剪切作用可能使部分ＣＮＴｓ发生断裂、破碎。图３（ｃ）为典型的轧制态复合材料的ＣＮＴｓ－Ａｌ界面特征，存在层片状物质，分析其面间距为０．８６ｎｍ，处于（００３）晶面，推断其为Ａｌ４Ｃ３相，这可能是热轧加工时发生断裂、破碎的ＣＮＴｓ表面的活
／Ａｌ，含量为１．５％的试样表示为ＣＮＴｓ１．５／Ａｌ，以此类推。２结果与分析２．１微结构图２为ＦＳＰ制备的ＣＮＴｓ４．７／Ａｌ复合材料复合区的微结构。其中图２（ａ）为复合材料中铝基体的晶粒形态，可见铝晶粒为纳米级的等轴晶粒。图２（ｂ）为基体中ＣＮＴｓ的分布状态，可看到沿长度和径向方向的ＣＮＴｓ，表明ＣＮＴｓ在铝基中呈无序的分布形态，且部分ＣＮＴｓ发生卷曲、缠结。图２（ｃ）为ＣＮＴｓ与铝基的界面，可见ＣＮＴｓ－Ａｌ结合界面清洁，结合良好，在界面无中间化合物生成。图３为热轧对ＣＮＴｓ４．７／Ａｌ复合材料微结构的影响。由于热轧过程中晶粒发生塑性流变，热轧促使铝晶粒沿轧制方向取向，导致沿轧制方向纳米级铝晶粒被拉长，如图３（ａ）所示。从图３（ｂ）可完整看到几个趋于平行排列的ＣＮＴｓ，表明热轧促进了ＣＮＴｓ的取向；从图３（ｂ）中还可看到一些ＣＮＴｓ沿轴向发生了断裂，表明热轧过程中的剪切作用可能使部分ＣＮＴｓ发生断裂、破碎。图３（ｃ）为典型的轧制态复合材料的ＣＮＴｓ－Ａｌ界面特征，存在层片状物质，分析其面间距为０．８６ｎｍ，处于（００３）晶面，推断其为Ａｌ４Ｃ３相，这可能是热轧加工时发生断裂、破碎的ＣＮＴｓ表面的活性Ｃ原子与Ａｌ发生反应而形成的。图２ＦＳＰ制备的复合材料的微结构Ｆｉｇ．２ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＣＮＴｓ／ＡｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙＦＳＰ图３复合材料热轧后的微结构Ｆｉｇ．３ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＣＮＴｓ／Ａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｆｔｅｒｈｏｔｒｏｌｌｉｎｇ２．２物相图４为热轧前后的ＣＮＴｓ４．７／Ａｌ复合材料的ＸＲＤ图。由图
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纳米管增强铝基复合材料的力学和物理性能[J]. 史娜,聂俊辉,张亚丰,贾成厂. 北京科技大学学报. 2013(01)
[2]搅拌摩擦加工法制备碳纳米管增强铝基复合材料[J]. 赵霞,柯黎明,徐卫平,刘鸽平. 复合材料学报. 2011(02)
本文编号：2988076
【文章来源】：材料导报. 2017,31(18)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图１ＣＮＴｓ／Ａｌ复合材料的ＦＳＰ／热轧复合制备Ｆｉｇ．１ＦＳＰ／ｈｏｔｒｏｌｌｉｎｇｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＣＮＴｓ／Ａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
伸试验，拉伸加载方向平行于ＦＳＰ或热轧方向，拉伸速率为２ｍｍ／ｍｉｎ。采用Ｄ５５０１型回路电阻测量仪沿ＦＳＰ或热轧方向测试电阻，然后换算为复合材料的电导率。采用ＰＣＹ－ｌｌ型热膨胀仪进行热膨胀系数测试，测试方向平行于ＦＳＰ或热轧方向，加热温度为２５～４００℃，升温速率为５℃／ｍｉｎ，氩气保护。为方便描述，ＣＮＴｓ在ＣＮＴｓ／Ａｌ复合材料中含量为０％的试样表示为ＣＮＴｓ０／Ａｌ，含量为１．５％的试样表示为ＣＮＴｓ１．５／Ａｌ，以此类推。２结果与分析２．１微结构图２为ＦＳＰ制备的ＣＮＴｓ４．７／Ａｌ复合材料复合区的微结构。其中图２（ａ）为复合材料中铝基体的晶粒形态，可见铝晶粒为纳米级的等轴晶粒。图２（ｂ）为基体中ＣＮＴｓ的分布状态，可看到沿长度和径向方向的ＣＮＴｓ，表明ＣＮＴｓ在铝基中呈无序的分布形态，且部分ＣＮＴｓ发生卷曲、缠结。图２（ｃ）为ＣＮＴｓ与铝基的界面，可见ＣＮＴｓ－Ａｌ结合界面清洁，结合良好，在界面无中间化合物生成。图３为热轧对ＣＮＴｓ４．７／Ａｌ复合材料微结构的影响。由于热轧过程中晶粒发生塑性流变，热轧促使铝晶粒沿轧制方向取向，导致沿轧制方向纳米级铝晶粒被拉长，如图３（ａ）所示。从图３（ｂ）可完整看到几个趋于平行排列的ＣＮＴｓ，表明热轧促进了ＣＮＴｓ的取向；从图３（ｂ）中还可看到一些ＣＮＴｓ沿轴向发生了断裂，表明热轧过程中的剪切作用可能使部分ＣＮＴｓ发生断裂、破碎。图３（ｃ）为典型的轧制态复合材料的ＣＮＴｓ－Ａｌ界面特征，存在层片状物质，分析其面间距为０．８６ｎｍ，处于（００３）晶面，推断其为Ａｌ４Ｃ３相，这可能是热轧加工时发生断裂、破碎的ＣＮＴｓ表面的活
／Ａｌ，含量为１．５％的试样表示为ＣＮＴｓ１．５／Ａｌ，以此类推。２结果与分析２．１微结构图２为ＦＳＰ制备的ＣＮＴｓ４．７／Ａｌ复合材料复合区的微结构。其中图２（ａ）为复合材料中铝基体的晶粒形态，可见铝晶粒为纳米级的等轴晶粒。图２（ｂ）为基体中ＣＮＴｓ的分布状态，可看到沿长度和径向方向的ＣＮＴｓ，表明ＣＮＴｓ在铝基中呈无序的分布形态，且部分ＣＮＴｓ发生卷曲、缠结。图２（ｃ）为ＣＮＴｓ与铝基的界面，可见ＣＮＴｓ－Ａｌ结合界面清洁，结合良好，在界面无中间化合物生成。图３为热轧对ＣＮＴｓ４．７／Ａｌ复合材料微结构的影响。由于热轧过程中晶粒发生塑性流变，热轧促使铝晶粒沿轧制方向取向，导致沿轧制方向纳米级铝晶粒被拉长，如图３（ａ）所示。从图３（ｂ）可完整看到几个趋于平行排列的ＣＮＴｓ，表明热轧促进了ＣＮＴｓ的取向；从图３（ｂ）中还可看到一些ＣＮＴｓ沿轴向发生了断裂，表明热轧过程中的剪切作用可能使部分ＣＮＴｓ发生断裂、破碎。图３（ｃ）为典型的轧制态复合材料的ＣＮＴｓ－Ａｌ界面特征，存在层片状物质，分析其面间距为０．８６ｎｍ，处于（００３）晶面，推断其为Ａｌ４Ｃ３相，这可能是热轧加工时发生断裂、破碎的ＣＮＴｓ表面的活性Ｃ原子与Ａｌ发生反应而形成的。图２ＦＳＰ制备的复合材料的微结构Ｆｉｇ．２ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＣＮＴｓ／ＡｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙＦＳＰ图３复合材料热轧后的微结构Ｆｉｇ．３ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＣＮＴｓ／Ａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｆｔｅｒｈｏｔｒｏｌｌｉｎｇ２．２物相图４为热轧前后的ＣＮＴｓ４．７／Ａｌ复合材料的ＸＲＤ图。由图
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纳米管增强铝基复合材料的力学和物理性能[J]. 史娜,聂俊辉,张亚丰,贾成厂. 北京科技大学学报. 2013(01)
[2]搅拌摩擦加工法制备碳纳米管增强铝基复合材料[J]. 赵霞,柯黎明,徐卫平,刘鸽平. 复合材料学报. 2011(02)
本文编号：2988076
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