碳纳米管/ZL114复合材料的制备及性能研究

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采用碳纳米管(CNTs)、金属粉复合料预制块法(简称预制块法)和预制块复合叶片搅拌法分别制备了CNTs/ZL114复合材料。观察和测试了复合材料的铸态微观组织和力学性能,对采用预制块复合叶片搅拌工艺制备的复合材料进行了T6热处理,对T6态复合材料的力学性能也进行了测试。通过能谱分析(EDS)和扫描电镜(SEM)观察了复合材料的断口形貌及CNTs与基体的界面结合情况。研究了CNTs的加入对复合材料的抗磨损性的影响,测量了复合材料的摩擦系数和磨损量,对磨损断面形貌、磨屑形貌进行了SEM观察,分析了磨损形式。此外,还研究了预制块复合叶片搅拌工艺对CNTs在铝合金中分布情况的影响。研究表明:CNTs的加入明显细化了复合材料的显微组织,减小了二次枝晶臂间距。随着CNTs加入量的增加,铸态复合材料的力学性能明显提高,抗拉强度和显微硬度在CNTs加入量为1.0wt%时达到最大值,预制块法制备的分别为196.204MPa和84.5HV,相比基体分别提高了24.5%和12.7%;相比单一的预制块法,预制块复合叶片搅拌法制备的CNTs/ZL114由于CNTs有更好的分散性,力学性能有所提高,抗拉强度和显微硬度的最大值分别达到204.205MPa和88.3HV。CNTs对T6态复合材料力学性能的影响规律与铸态相同,T6热处理后,抗拉强度和显微硬度有了明显的提高,对于预制块复合叶片搅拌法制备的复合材料,经T6热处理后,抗拉强度和显微硬度最大值分别达到308.904MPa和118.4HV,相比铸态时,分别提高了51.3%和34.1%。铸态复合材料断口主要是由解理面和凸起的撕裂棱构成,还分布了少量圆形韧窝,表现为准解理型脆性断裂特征;相比铸态材料断口,T6态复合材料断口的解理面增加,撕裂棱和圆形韧窝减少。CNTs在基体中分散均匀,与基体界面结合紧密。随着CNTs的加入,复合材料的耐磨性能显著提高,在一定范围内,复合材料摩擦系数和磨损量随着CNTs含量的增加而减小,复合材料的磨损机制有磨粒磨损,氧化磨损和粘着磨损,主要为磨粒磨损。对于预制块复合叶片搅拌工艺,叶片搅拌3min后,复合材料的分散性最好,CNTs数量较多,且分散均匀;随着搅拌时间的增加,CNTs的数量和分布密度逐渐减小;叶片搅拌10min后,CNTs的分布密度最小,在复合材料中已经几乎很难观察到CNTs;搅拌后静置5min后,仍可以观察到一定数量的CNTs,静置7min后,CNTs数量急剧减少。
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