石墨烯对搅拌摩擦加工铝基复合材料性能的影响

发布时间：2021-03-05 16:50

　　采用结合粉末工艺的两步法搅拌摩擦加工制备石墨烯增强铝基复合材料,研究了石墨烯添加量对复合材料力学性能和导电性能的影响。结果表明,石墨烯的添加对铝基复合材料性能有明显的影响,随石墨烯添加量增加,复合材料的硬度逐渐提高、塑性持续下降,而抗拉强度和电导率均呈先增后减的趋势。石墨烯体积分数为3.7%时,复合材料的抗拉强度最高,达到146.5 MPa,与同等加工条件下的纯铝相比,提高了78.7%,而石墨烯体积分数为1.3%时,复合材料的电导率最高,达到30.62 MS/m,较同等加工条件下的纯铝基体提高了53.4%。 

【文章来源】：特种铸造及有色合金. 2020,40(01)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

搅拌摩擦加工复合材料截取试样示意图

图2为不同石墨烯添加量对搅拌摩擦加工铝基复合材料显微硬度的影响。可以看到，随着石墨烯添加量的增加，复合材料的硬度呈增大的趋势，当石墨烯体积分数为5.2%时，复合材料的平均显微硬度（HV）达到47.95，相比未添加石墨烯同等加工状态的铝基体提高了51.8%。硬度表征了材料抵抗永久变形的特征，这表明石墨烯的添加提高了复合材料抵抗变形的能力，石墨烯在复合材料中能有效地分散和承载外力。图3为不同石墨烯添加量对搅拌摩擦加工铝基复合材料力学性能的影响。可以看出，随着石墨烯添加量的增加，复合材料的抗拉强度呈先显著提高后下降，而伸长率持续下降。当石墨烯添加量为3.7%时，复合材料的抗拉强度达到146.5MPa，比未添加石墨烯同等加工状态的铝基体提高了78.7%；但石墨烯添加量进一步增加到5.2%时，复合材料的抗拉强度有所下降，为134.4MPa，伸长率显著下降。

图3为不同石墨烯添加量对搅拌摩擦加工铝基复合材料力学性能的影响。可以看出，随着石墨烯添加量的增加，复合材料的抗拉强度呈先显著提高后下降，而伸长率持续下降。当石墨烯添加量为3.7%时，复合材料的抗拉强度达到146.5MPa，比未添加石墨烯同等加工状态的铝基体提高了78.7%；但石墨烯添加量进一步增加到5.2%时，复合材料的抗拉强度有所下降，为134.4MPa，伸长率显著下降。图4为石墨烯添加量对复合材料中石墨烯分散程度的影响。可以看到，石墨烯添加量为1.3%时，无明显的石墨烯团聚，石墨烯能比较均匀地分散于铝基体中；而石墨烯添加量进一步增加，均匀性逐渐变差，局部微区团聚现象加重，直至添加量为5.2%时在搅拌摩擦边界区出现较大的黑色物质聚集，由于过多的石墨烯脱离搅拌针直接作用区及基体含量的相对减少，搅拌摩擦加工导致的金属形变能力较弱，石墨烯更难分散，易出现较大的石墨烯团聚体（见图4d）。


本文编号：3065525