钛对碳纳米管增强铝基复合材料组织与性能的尺寸效应

发布时间：2021-04-13 06:01

　　通过粉末冶金的方法,制备了致密和较高强度的CNT/Al复合材料,并系统地研究了在制备粉末阶段时引入不同粒径的钛粉后,对复合材料的组织结构与力学性能的影响。结果表明,在一定范围内,钛颗粒尺寸与制备的CNT-Ti/Al复合材料力学性能成反比。当加入的钛颗粒粒径为80 nm时,CNT-Ti/Al复合棒材力学性能最佳。其主要原因包括两个方面:一是钛颗粒有助于碳纳米管的分散,同时自身作为一种第二相强化基体;二是制备过程的热反应,使复合材料组织中生成了一种核壳结构,极大地增强了其界面结合与碳纳米管的载荷转移。 

【文章来源】：金属热处理. 2020,45(08)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

试验用原料的形貌

图1 试验用原料的形貌将上述复合粉放入放电等离子烧结炉(Spark plasma sintering,SPS)内进行烧结成形。烧结模具为直径?26 mm的石墨模具，烧结过程中使用石墨纸包覆住粉体。烧结工艺:室温升温、升温速度为20℃/min，在427℃保温30 min以除去粉末中的硬脂酸，烧结温度为623℃(小于铝的熔点660℃)，烧结时压力为50 MPa，保压时间为50 min。烧结成形后将石墨纸用砂纸磨掉，得到?26 mm×16 mm的CNT-Ti/Al复合材料坯体。最后通过热挤压的方式得到CNTs增强铝基复合棒材。巨大的塑性变形不仅能提高复合材料的致密度，且可进一步打散CNTs的团聚，达到使碳纳米具有一致取向和细化颗粒的作用，从而在有热效应的巨大塑性变形下一定程度上均匀化复合材料的组织与性能。本试验所采用的是YT32-315A型四柱液压机。挤压过程中需要保持模具挤压块的温度以保证挤压效果和保护挤压模具及设备。CNT-Ti/Al复合材料的热挤压温度为600℃，保温时间为1 h，挤压模具温度为500℃，挤压压力为737 MPa，挤压比为31∶1，直径为?26 mm的复合坯体热挤压后得到直径为?5 mm的复合棒材试样。

图3(a,b)分别为CNT-Ti复合粉末球磨后的SEM照片。从图3(a,b)中皆可观察到有明显管状的CNTs均匀分散在钛颗粒表面(有少量为嵌入状态)。这是因为在高能球磨的过程中，会产生极高的能量和剪切力，初始团聚的CNTs在这种作用力下能得到有效的分散，同时在球磨过程中钛粉和CNTs实现均匀的混合。钛作为一种强碳化物形成元素，其与碳在室温下反应的吉布斯自由能小于-150 k J/mol[17]，在球磨的高能量下，相对于依附铝颗粒，其更容易粘附于碳管表面。在CNT-Ti的复合粉中，一些碎颗粒也被观察到，这是因为球磨高能量不断对粉末进行挤压碰撞和破碎，从而细化颗粒。对比初始钛颗粒的尺寸，钛颗粒的尺寸变化不大。由于在之前的研究已证实加入20μm钛粉，可实现复合粉中CNTs的均匀分散[20]。因此，加入钛粉能有效的分散合适量的CNTs，减少后期在铝粉中的分散负担。2.2 CNT-Ti/Al复合粉末球磨后的形貌

【参考文献】：
期刊论文
[1]镀镍碳纳米管/TiAl复合材料的制备与性能[J]. 杨康,孙红亮,陈志元,邓鹏,蔡政坤.  金属热处理. 2019(10)
[2]CNTs含量对CNTs/Al5083复合材料力学性能的影响[J]. 李铮,蔡晓兰,周蕾,易峰,余明俊.  金属热处理. 2015(01)



本文编号：3134757