粉末烧结法制备CNTs增强2014Al复合材料组织及力学性能

发布时间：2017-05-18 17:21

  本文关键词：粉末烧结法制备CNTs增强2014Al复合材料组织及力学性能，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：碳纳米管以其具有高的强度、高的弹性模量、低的热膨胀系数以及良好的润滑性等特征使其成为复合材料的理想增强相。传统复合材料增强相如TiC、碳纤维等由于受到材料本身特性的限制,对复合材料性能的提高十分有限,所以,研究CNTs增强铝基复合材料就有着较为广泛的应用前景。然而,将CNTs加入到铝基中比较困难,且工艺过程复杂,主要是CNTs特殊的物理和化学性能决定的。一方面,CNTs具有较大的比表面积,较高的表面能,存在大的范德华力,比较容易缠结,很难在基体中均匀的分散。团聚的CNTs是裂纹产生的根源,对材料的性能不利;另一方面,与铝基体的润湿性差,界面结合不理想。所以,优化出较佳的CNTs分散方法以及CNTs与基体的良好界面结合是十分有必要的。目前,尽管国内外学者对CNTs增强铝基复合材料做了大量的研究,并且取得了一定的成绩,但是对CNTs在基体中的分散性以及与基体的界面结合上研究依然不够成熟。本文通过粉末烧结法制备CNTs增强2014Al复合材料,研究了不同2014Al粉末粒度对CNTs/2014Al复合材料分散性和力学性能的影响,优化出较佳的2014Al颗粒粒度;同时,通过调控CNTs含量对CNTs/2014Al复合材料拉伸性能的影响,优化出较佳的CNTs含量;此外,通过研究不同CNTs表面处理方式对CNTs/2014Al复合材料组织和力学性能的影响规律,优化出了具有较佳表面处理的CNTs。(1)探讨了2014Al粒度对CNTs/2014Al复合材料组织和力学性能的影响。不同粒度2014Al颗粒在球磨过程中尺寸变化规律和对CNTs保护程度不同。平均尺寸为9μm的颗粒在球磨过程中既能在一定程度上保护CNTs,又能提高CNTs在基体中的分散性,所制备的复合材料表现出较佳的力学性能。(2)研究了CNTs含量对CNTs/2014Al复合材料力学性能的影响。随CNTs含量由0.3 wt.%增加到0.7 wt.%,复合材料的抗拉强度先增大后减小,延伸率不断减小。当CNTs含量为0.5 wt.%时,复合材料表现出较佳的拉伸性能,其屈服强度和极限抗拉强度分别由354 MPa和517 MPa提高到418 MPa和577 MPa,断裂应变则由13.2%降低到11.9%。(3)研究了不同表面处理的CNTs对CNTs/2014Al复合材料组织和力学性能的影响。未处理的CNTs经过超声分散后依然在基体中大量团聚;经过573 K/3 h氧化处理后,表面变得光滑,有利于CNTs在基体中的分散;羧基化处理除去了CNTs表面的无定形碳,并且引入了极性键-COOH,使得CNTs在基体中分散较均匀,表现出较佳的分散性。此外,羧基化处理CNTs产生的粗糙表面有利于与基体的机械锁合,从而提高了与基体间的应力传递效果。(4)通过对比CNTs/2014Al复合材料拉伸性能发现,CNTs经过未处理、氧化处理、羧基化处理后所制备的复合材料抗拉强度相对于基体由分别提高了44MPa、70 MPa和100 MPa,经过羧基化处理的CNTs所制备的复合材料表现出较佳的力学性能。
【关键词】：CNTs 2014Al合金 铝基复合材料 组织 力学性能
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB333;TF125
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-28
• 1.1 选题意义10-11
• 1.2 铝基复合材料11-17
• 1.2.1 铝基复合材料概述11-13
• 1.2.2 铝基复合材料制备方法13-17
• 1.3 碳纳米管17-19
• 1.3.1 碳纳米管结构17-18
• 1.3.2 碳纳米管性能18
• 1.3.3 碳纳米管制备18-19
• 1.4 碳纳米管增强铝基复合材料分散性研究19-24
• 1.4.1 超声搅拌分散法19-20
• 1.4.2 球磨分散法20-22
• 1.4.3 表面活性剂改性法22-23
• 1.4.4 热喷涂成型分散法23-24
• 1.4.5 其他分散方法24
• 1.5 碳纳米管增强铝基复合材料界面研究24-27
• 1.5.1 界面结合机制24-25
• 1.5.2 界面结合对材料力学性能影响25-27
• 1.6 本文主要研究内容27-28
• 第2章 实验方法28-36
• 2.1 实验材料28
• 2.2 实验设备28-29
• 2.3 CNTs/2014Al复合材料制备29-31
• 2.3.1 不同 2014Al粒度的CNTs/2014Al复合材料制备29-30
• 2.3.2 不同CNTs含量的CNTs/2014Al复合材料制备30
• 2.3.3 CNTs不同表面处理的CNTs/2014Al复合材料制备30-31
• 2.4 样品组织表征与性能测定31-34
• 2.4.1 金相分析31-32
• 2.4.2 形貌表征和能谱分析32
• 2.4.3 2014Al颗粒尺寸测量32-33
• 2.4.4 密度测试33
• 2.4.5 显微硬度测定33-34
• 2.4.6 拉伸和压缩性能测试34
• 2.5 实验技术路线图34-36
• 第3章 2014Al粒度对CNTs/2014Al复合材料组织和力学性能的影响36-56
• 3.1 引言36
• 3.2 粉末球磨后形貌演变情况36-39
• 3.3 粉末球磨后晶粒尺寸分析39-40
• 3.4 粉末球磨后CNTs分散性变化40-43
• 3.5 粉末球磨后CNTs结构变化43-45
• 3.6 2014Al粒度对CNTs/2014Al复合材料组织影响45-49
• 3.7 2014Al粒度对CNTs/2014Al复合材料力学性能影响49-52
• 3.8 CNTs含量对CNTs/2014Al复合材料力学性能影响52-54
• 3.9 本章小结54-56
• 第4章 CNTs表面处理对CNTs/2014Al复合材料组织和力学性能的影响56-70
• 4.1 引言56
• 4.2 氧化时间对CNTs结构影响56-58
• 4.3 CNTs表面形貌58-60
• 4.4 CNTs分散性变化60-61
• 4.5 CNTs表面处理对CNTs/2014Al复合材料拉伸性能影响61-64
• 4.6 CNTs表面处理对CNTs/2014Al复合材料界面影响64-68
• 4.7 本章小结68-70
• 第5章 结论70-72
• 参考文献72-79
• 作者简介及科研成果79-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：376682