石墨烯因具有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu),并表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)等性能,被認(rèn)為是金屬基復(fù)合材料理想的增強(qiáng)相。為了研究石墨烯在制備鋁基復(fù)合材料方面的應(yīng)用,本論文提出了一種新的石墨烯分散工藝-溶液混合法,并結(jié)合粉末冶金工藝制備了還原氧化石墨烯/鋁基復(fù)合材料。通過拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)試了石墨烯/鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能,并分析了石墨烯的增強(qiáng)機(jī)理。在此基礎(chǔ)上,制備出了石墨烯/碳化硅混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料,并采用球盤式摩擦試驗(yàn)機(jī)測(cè)試了混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的摩擦磨損性能,研究了石墨烯含量與外加載荷對(duì)鋁基復(fù)合材料耐磨性的影響規(guī)律,揭示了復(fù)合材料的磨損機(jī)理。采用氧化還原法制備的石墨烯層數(shù)較少,結(jié)構(gòu)完整。通過溶液混合法,可獲得石墨烯與純鋁粉末、以及與碳化硅顆粒和鋁合金粉末的均勻混合,并最終實(shí)現(xiàn)石墨烯在鋁基復(fù)合材料基體中的均勻分布。石墨烯/鋁基復(fù)合材料的力學(xué)研究結(jié)果表明:石墨烯材料的加入能夠顯著提高復(fù)合材料的硬度和強(qiáng)度。當(dāng)石墨烯含量為0.3wt.%時(shí),石墨烯/鋁基復(fù)合材料的極限抗拉強(qiáng)度和硬度達(dá)到最大值,分別為255MPa,74.3±2.9(HV),延伸率為19.2%;當(dāng)石墨烯含量繼續(xù)增加至0.6wt.%時(shí),抗拉強(qiáng)度和硬度稍有降低,延伸率也降至13.2%。通過分析石墨烯/鋁基復(fù)合材料的微觀組織,細(xì)晶強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化是石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的主要強(qiáng)化機(jī)制。石墨烯/碳化硅混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的硬度測(cè)試結(jié)果表明:其硬度要高于單一碳化硅增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料,而且復(fù)合材料的顯微硬度隨石墨烯含量的增加先增加后降低,石墨烯含量為0.3wt.%的復(fù)合材料硬度值最高,為72.8±2.8(HV)。摩擦磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著載荷的增加,石墨烯/碳化硅混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的摩擦系數(shù)先降低,后升高;磨損率隨載荷增加而增大;和單一碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料相比,混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的磨損率更低,臨界載荷也更大。石墨烯含量為0.5wt.%的復(fù)合材料在1-3.2N條件下摩擦系數(shù)穩(wěn)定,磨損率低。但當(dāng)石墨烯含量增加至0.7wt.%時(shí),復(fù)合材料在2.5N時(shí)磨損率急劇增加,和碳化硅/鋁基復(fù)合材料一樣出現(xiàn)臨界載荷。結(jié)合磨損表面形貌分析,在1-3.2N載荷條件下,單一碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的磨損機(jī)理以剝層磨損為主,石墨烯/碳化硅混雜增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料的磨損機(jī)理在低載荷下是以磨粒磨損和粘著磨損為主,在高載荷下以剝層磨損為主。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB333
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋁基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)相
        1.2.2 鋁基復(fù)合材料的制備方法
        1.2.3 納米相增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法
        1.2.4 鋁基復(fù)合材料的主要強(qiáng)化機(jī)制
        1.2.5 鋁基復(fù)合材料的磨損機(jī)理
        1.2.6 鋁基復(fù)合材料摩擦磨損性能的影響因素
    1.3 石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備工藝
        1.3.2 石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的性能
    1.4 本文研究的目的意義、內(nèi)容及技術(shù)路線
        1.4.1 本文研究的目的意義
        1.4.2 本文研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線
第2章 鋁基復(fù)合材料的制備及實(shí)驗(yàn)設(shè)備
    2.1 引言
    2.2 實(shí)驗(yàn)原材料與設(shè)備
        2.2.1 制備氧化石墨烯的原料與試劑
        2.2.2 制備鋁基復(fù)合材料的原材料
        2.2.3 制備氧化石墨烯的設(shè)備
        2.2.4 制備鋁基復(fù)合材料的設(shè)備
    2.3 氧化石墨烯的制備方法
    2.4 石墨烯分散工藝的探索
    2.5 石墨烯/鋁基復(fù)合材料的制備方法
    2.6 石墨烯/碳化硅混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法
    2.7 材料的組織結(jié)構(gòu)分析與性能測(cè)試
第3章 石墨烯/鋁基復(fù)合材料的組織和力學(xué)性能分析
    3.1 引言
    3.2 氧化石墨烯的表征
    3.3 石墨烯/鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能
        3.3.1 強(qiáng)度和硬度
        3.3.2 斷口形貌
        3.3.3 石墨烯/鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)理
    3.4 本章小結(jié)
第4章 石墨烯/碳化硅混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的顯微組織及摩擦磨損性能分析
    4.1 引言
    4.2 復(fù)合材料的微觀組織分析
        4.2.1 復(fù)合粉末的SEM分析
        4.2.2 復(fù)合材料的SEM分析及物相分析
    4.3 復(fù)合材料的硬度
    4.4 摩擦磨損性能測(cè)試
        4.4.1 摩擦系數(shù)分析
        4.4.2 磨損率分析
        4.4.3 磨損表面與磨屑的宏觀分析
        4.4.4 磨損表面與磨屑的微觀分析
        4.4.5 磨損機(jī)理分析
    4.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄A(攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的論文)

【參考文獻(xiàn)】

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