石墨烯-铜铬锆合金制备及组织性能研究
发布时间：2021-01-21 07:01
石墨烯具有出色的机械和物理性能,被认为是制备复合材料优良的增强相,使用石墨烯制备复合材料可以明显的提高合金的机械性能。在铜基体中引入石墨烯,如何改善石墨烯在铜基体中分散性,保证石墨烯结构的完整性,是提高石墨烯-铜基复合材料机械性能的关键。本文通过机械球磨和放电等离子（SPS）烧结工艺,分别制备了两种不同粉末状态（元素粉和预合金粉）的石墨烯-铜铬锆合金。分析了石墨烯在铜基体中的分散情况,研究了石墨烯含量对合金组织及性能的影响。通过对元素粉制备的石墨烯-铜铬锆合金分析得出,石墨烯质量分数为0.25%时,其在铜基体中分布均匀。0.25%GNP-CuCrZr合金的导电率高达91.5%IACS,此时合金的力学性能达到最优,拉伸屈服强度为144MPa,较Cu-Cr-Zr合金提高了62%。对石墨烯-铜铬锆合金屈服强度贡献率最大的是载荷传递强化模型。摩擦磨损实验表明,随着石墨烯含量的增加,合金的磨损率在不断下降,加入少量石墨烯,合金的磨损行为主要为粘着磨损,当石墨烯含量较高时,接触面形成致密的碳质层起到润滑作用。对元素粉制备的合金分别进行热轧和退火处理。轧后合金的致密度达到98%,0.25%GNP-C...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1分子水平混合法制备Cu/RGO纳米复合材料的工艺原理图[76]
西安建筑科技大学硕士学位论文11图1.1分子水平混合法制备Cu/RGO纳米复合材料的工艺原理图[76]Fig.1.1SchematicoffabricationprocessofCu/RGOnanocompositesbyamolecularlevelmixingmethod(3)化学气相沉积法(CVD)CVD生长过程通常使用一种混合了氢的烃气原料在加热的铜箔上流动。碳氢化合物和氢气的分压可以通过总室压或加入惰性稀释气体来进一步控制[41]。铜箔可以直接在非加热室(冷壁CVD)加热，也可以加热整个反应室(热壁CVD)。在热壁反应器中，气室的温度升高会刺激气相反应，使气体成分趋向于热力学平衡[77]。此方法可以较好地保护石墨烯的结构，Chen[78]等人将纳米铜粉作为模板，采用化学气相沉积法制备了具有原位生长3D石墨烯结构的石墨烯/铜基复合材料(图1.2)，Cu颗粒被光滑的碳层覆盖，并很好地分散在Cu基体中，在变形过程中成为位错运动的有效障碍。图1.2原位生长3D-GN的形成过程示意图[78]Fig.1.2Schematicdiagramoftheformationprocessofin-situgrown3D-GN(4)层层自组装层层自组装技术是将石墨烯分散在几层金属薄膜之间，形成一层层的复合层状结构，用来制备纳米层复合物。Kim[79]等人将铜和单层石墨烯交替层组成，重复层间距为70nm制备纳米层复合物，石墨烯-铜层具有1.5GPa的超高强度。此方法虽能防止在石墨烯结构遭到严重破坏，并有效阻止位错在整个金属-石墨烯界面上的扩展，但整体制备过程消耗时间较长。
固或铸造。但由于石墨烯和金属性能之间的巨大差异，导致石墨烯悬浮在熔融金属表面上，难以分散均匀。熔体渗透是将熔融金属渗入到预成型坯中，主要用于制备由于不溶性而无法通过其他方法获得的材料，可以通过向石墨烯中添加有机粘结剂压制烧结，或是将石墨烯与金属粉末球磨然后压制。熔体渗透既可在高压下进行，也可在无压力下进行，即通常所说的无压渗透。将金属/合金锭放置在较低密度的模具顶部并熔化，然后熔融液体在重力作用下流入预成型坯。Dong[43]等人采用机械合金和无压渗透烧结工艺制备了石墨烯/W70Cu30复合材料(图1.3)。制备的复合粉末压制成圆柱棒状，在超过铜熔点的1350℃的温度下，将生坯放在管式炉中通过熔融浸渗，再此条件下，W固态晶粒与Cu液体共存，并且通过粒子重排进行烧结。金属渗透方法对于获得具有均匀分布的石墨烯/W70Cu30复合材料非常有效。但该方法也存在不足之处，在高温烧结期间会严重破坏石墨烯的结构。图1.3石墨烯/W70Cu30复合材料的制备工艺[43]Fig.1.3TheillustrationofthepreparationprocessofGraphene/W70Cu30composites(6)冷喷涂法冷喷涂法是一种相对较新的技术，其中复合粉末在低温下被加速到很高的速度时撞击在基材上。颗粒在撞击表面时处于固体状态，并发生严重的塑性变形。碰撞时产生的高动能保证了颗粒在基体上的良好附着力。由于该过程的温度低于熔点，可以避免氧化和相变[81]。
本文编号：2990704
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1分子水平混合法制备Cu/RGO纳米复合材料的工艺原理图[76]
西安建筑科技大学硕士学位论文11图1.1分子水平混合法制备Cu/RGO纳米复合材料的工艺原理图[76]Fig.1.1SchematicoffabricationprocessofCu/RGOnanocompositesbyamolecularlevelmixingmethod(3)化学气相沉积法(CVD)CVD生长过程通常使用一种混合了氢的烃气原料在加热的铜箔上流动。碳氢化合物和氢气的分压可以通过总室压或加入惰性稀释气体来进一步控制[41]。铜箔可以直接在非加热室(冷壁CVD)加热，也可以加热整个反应室(热壁CVD)。在热壁反应器中，气室的温度升高会刺激气相反应，使气体成分趋向于热力学平衡[77]。此方法可以较好地保护石墨烯的结构，Chen[78]等人将纳米铜粉作为模板，采用化学气相沉积法制备了具有原位生长3D石墨烯结构的石墨烯/铜基复合材料(图1.2)，Cu颗粒被光滑的碳层覆盖，并很好地分散在Cu基体中，在变形过程中成为位错运动的有效障碍。图1.2原位生长3D-GN的形成过程示意图[78]Fig.1.2Schematicdiagramoftheformationprocessofin-situgrown3D-GN(4)层层自组装层层自组装技术是将石墨烯分散在几层金属薄膜之间，形成一层层的复合层状结构，用来制备纳米层复合物。Kim[79]等人将铜和单层石墨烯交替层组成，重复层间距为70nm制备纳米层复合物，石墨烯-铜层具有1.5GPa的超高强度。此方法虽能防止在石墨烯结构遭到严重破坏，并有效阻止位错在整个金属-石墨烯界面上的扩展，但整体制备过程消耗时间较长。
固或铸造。但由于石墨烯和金属性能之间的巨大差异，导致石墨烯悬浮在熔融金属表面上，难以分散均匀。熔体渗透是将熔融金属渗入到预成型坯中，主要用于制备由于不溶性而无法通过其他方法获得的材料，可以通过向石墨烯中添加有机粘结剂压制烧结，或是将石墨烯与金属粉末球磨然后压制。熔体渗透既可在高压下进行，也可在无压力下进行，即通常所说的无压渗透。将金属/合金锭放置在较低密度的模具顶部并熔化，然后熔融液体在重力作用下流入预成型坯。Dong[43]等人采用机械合金和无压渗透烧结工艺制备了石墨烯/W70Cu30复合材料(图1.3)。制备的复合粉末压制成圆柱棒状，在超过铜熔点的1350℃的温度下，将生坯放在管式炉中通过熔融浸渗，再此条件下，W固态晶粒与Cu液体共存，并且通过粒子重排进行烧结。金属渗透方法对于获得具有均匀分布的石墨烯/W70Cu30复合材料非常有效。但该方法也存在不足之处，在高温烧结期间会严重破坏石墨烯的结构。图1.3石墨烯/W70Cu30复合材料的制备工艺[43]Fig.1.3TheillustrationofthepreparationprocessofGraphene/W70Cu30composites(6)冷喷涂法冷喷涂法是一种相对较新的技术，其中复合粉末在低温下被加速到很高的速度时撞击在基材上。颗粒在撞击表面时处于固体状态，并发生严重的塑性变形。碰撞时产生的高动能保证了颗粒在基体上的良好附着力。由于该过程的温度低于熔点，可以避免氧化和相变[81]。
本文编号：2990704
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