石墨烯/铝基复合材料的搅拌摩擦加工制备及其性能研究
发布时间：2021-01-27 00:17
本文选取1060纯铝作为基材,采用搅拌摩擦加工（Friction Stir Processing,FSP）制备石墨烯/铝基复合材料,研究FSP工艺、石墨烯种类及其加入量等对复合材料成形、结构与性能的影响,在此基础上探索提高石墨烯分散、减少结构损伤的途径,分析石墨烯加入对复合材料力学和电学性能的影响机理。得到以下的结论:采用搅拌头旋转速度n=950r/min、行进速度v=37.5mm/min并经4道次FSP能获得成形良好,且石墨烯分散较为均匀的石墨烯/铝基复合材料。FSP过程在促进石墨烯堆垛剥离的同时,也会导致石墨烯晶体结构损伤。石墨烯的种类及加入量对复合材料宏观成形均有影响:在相同石墨烯加入量和FSP工艺下,还原氧化石墨烯较物理法的无氧化石墨烯更难分散;随石墨烯加入量的提高,分散难度增加,搅拌摩擦中心区出现石墨烯的贫瘠区,边界区则出现一定程度的石墨烯团聚。结合混粉的两步法FSP由于减少了搅拌针对石墨烯粉体的直接作用,石墨烯晶体的损伤明显降低,特别是采用湿法改性的方式,由于混粉过程石墨烯损伤小且石墨烯比较均匀地埋藏于铝粉中,减少了FSP过程中搅拌针对石墨烯的作用,石墨烯在复合材料中分散更...
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
搅拌摩擦加工示意图
2.1.1 试验材料试验采用 1060Al 作为基材，表 2-1、2-2 分别为基材的化学成分和性能参数试验中所填充的增强相粉末为常州墨之萃科技有限公司提供的物理法石墨烯纳米片（厚度 10nm，片层大小 5-50μm）以及苏州恒球石墨烯科技有限公司提供的还原氧化石墨烯纳米片（厚度 20nm，片层大小 5-50μm），图 2-1 为试验所用原始石墨烯粉末的 SEM 图片。由图 2-1 可以看出，石墨烯呈不规则的片层结构，从图中还可看出石墨烯粉末主要是以石墨烯片层堆垛的形式存在。表 2-1 1060Al 的主要化学成分(wt.%)元素 Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti 其他 Al含量 0.25 0.035 0.05 0.03 0.03 0.05 0.03 0.03 余量表 2-2 1060Al 的主要性能参数弹性模量(GPa)抗拉强度(MPa)屈服强度(MPa)延伸率(%)硬度(HV)70 82 64 21 26
南昌航空大学硕士学位论文 第 2 章 试验条件和方法图 2-2 是所用原始铝粉的 SEM 图片，可看出铝粉颗粒粒径大小不一，其平均细度大约在 20μm 左右，主要呈近圆形。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于搅拌摩擦加工制备石墨烯增强铝基复合材料[J]. 杨晓敏,蔡云,李明珠. 热加工工艺. 2018(02)
[2]Microstructure and Thermal Conductivity of Al–Graphene Composites Fabricated by Powder Metallurgy and Hot Rolling Techniques[J]. Abdollah Saboori,Matteo Pavese,Claudio Badini,Paolo Fino. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(07)
[3]基于FSP制备GNSs/6061铝基复合材料[J]. 刘守法,董锋. 兵器材料科学与工程. 2017(04)
[4]面向未来应用的金属基复合材料[J]. 肖伯律,刘振宇,张星星,马宗义. 中国材料进展. 2016(09)
[5]石墨烯增强铝基纳米复合材料研究进展[J]. 燕绍九,陈翔,洪起虎,王楠,李秀辉,赵双赞,南文争,杨程,张晓艳,戴圣龙. 航空材料学报. 2016(03)
[6]多壁碳纳米管增强铝基复合材料的高温力学性能[J]. 刘强,柯黎明,刘奋成,黄春平. 材料工程. 2016(04)
[7]Investigation on microstructural, mechanical and electrochemical properties of aluminum composites reinforced with graphene nanoplatelets[J]. Muhammad Rashad,Fusheng Pan,Zhengwen Yu,Muhammad Asif,Han Lin,Rongjian Pan. Progress in Natural Science:Materials International. 2015(05)
[8]石墨烯/Al复合材料的微观结构及力学性能[J]. 李多生,吴文政,QIN Qing-hua,周贤良,左敦稳,鲁世强,郜友彬. 中国有色金属学报. 2015(06)
[9]搅拌摩擦加工制备铝基复合材料组织性能研究[J]. 金玉花,温雨,李常锋,黄振有,王希靖. 热加工工艺. 2014(16)
[10]石墨烯制备的方法、特性及基本原理[J]. 胡忠良,蒋海云,赵学辉,李娜,丁燕鸿. 材料导报. 2014(11)
博士论文
[1]碳纳米管增强铝基复合材料的机械分散制备及其组织性能研究[D]. 刘振宇.大连理工大学 2014
硕士论文
[1]石墨烯微片增强铝基复合材料组织与性能的研究[D]. 罗昊.哈尔滨工业大学 2015
[2]石墨烯增强铝基复合材料的制备及力学性能研究[D]. 高鑫.哈尔滨理工大学 2015
本文编号：3002074
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
搅拌摩擦加工示意图
2.1.1 试验材料试验采用 1060Al 作为基材，表 2-1、2-2 分别为基材的化学成分和性能参数试验中所填充的增强相粉末为常州墨之萃科技有限公司提供的物理法石墨烯纳米片（厚度 10nm，片层大小 5-50μm）以及苏州恒球石墨烯科技有限公司提供的还原氧化石墨烯纳米片（厚度 20nm，片层大小 5-50μm），图 2-1 为试验所用原始石墨烯粉末的 SEM 图片。由图 2-1 可以看出，石墨烯呈不规则的片层结构，从图中还可看出石墨烯粉末主要是以石墨烯片层堆垛的形式存在。表 2-1 1060Al 的主要化学成分(wt.%)元素 Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti 其他 Al含量 0.25 0.035 0.05 0.03 0.03 0.05 0.03 0.03 余量表 2-2 1060Al 的主要性能参数弹性模量(GPa)抗拉强度(MPa)屈服强度(MPa)延伸率(%)硬度(HV)70 82 64 21 26
南昌航空大学硕士学位论文 第 2 章 试验条件和方法图 2-2 是所用原始铝粉的 SEM 图片，可看出铝粉颗粒粒径大小不一，其平均细度大约在 20μm 左右，主要呈近圆形。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于搅拌摩擦加工制备石墨烯增强铝基复合材料[J]. 杨晓敏,蔡云,李明珠. 热加工工艺. 2018(02)
[2]Microstructure and Thermal Conductivity of Al–Graphene Composites Fabricated by Powder Metallurgy and Hot Rolling Techniques[J]. Abdollah Saboori,Matteo Pavese,Claudio Badini,Paolo Fino. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(07)
[3]基于FSP制备GNSs/6061铝基复合材料[J]. 刘守法,董锋. 兵器材料科学与工程. 2017(04)
[4]面向未来应用的金属基复合材料[J]. 肖伯律,刘振宇,张星星,马宗义. 中国材料进展. 2016(09)
[5]石墨烯增强铝基纳米复合材料研究进展[J]. 燕绍九,陈翔,洪起虎,王楠,李秀辉,赵双赞,南文争,杨程,张晓艳,戴圣龙. 航空材料学报. 2016(03)
[6]多壁碳纳米管增强铝基复合材料的高温力学性能[J]. 刘强,柯黎明,刘奋成,黄春平. 材料工程. 2016(04)
[7]Investigation on microstructural, mechanical and electrochemical properties of aluminum composites reinforced with graphene nanoplatelets[J]. Muhammad Rashad,Fusheng Pan,Zhengwen Yu,Muhammad Asif,Han Lin,Rongjian Pan. Progress in Natural Science:Materials International. 2015(05)
[8]石墨烯/Al复合材料的微观结构及力学性能[J]. 李多生,吴文政,QIN Qing-hua,周贤良,左敦稳,鲁世强,郜友彬. 中国有色金属学报. 2015(06)
[9]搅拌摩擦加工制备铝基复合材料组织性能研究[J]. 金玉花,温雨,李常锋,黄振有,王希靖. 热加工工艺. 2014(16)
[10]石墨烯制备的方法、特性及基本原理[J]. 胡忠良,蒋海云,赵学辉,李娜,丁燕鸿. 材料导报. 2014(11)
博士论文
[1]碳纳米管增强铝基复合材料的机械分散制备及其组织性能研究[D]. 刘振宇.大连理工大学 2014
硕士论文
[1]石墨烯微片增强铝基复合材料组织与性能的研究[D]. 罗昊.哈尔滨工业大学 2015
[2]石墨烯增强铝基复合材料的制备及力学性能研究[D]. 高鑫.哈尔滨理工大学 2015
本文编号：3002074
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