發(fā)布時間：2021-04-13 06:01

　　通過粉末冶金的方法,制備了致密和較高強度的CNT/Al復(fù)合材料,并系統(tǒng)地研究了在制備粉末階段時引入不同粒徑的鈦粉后,對復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,在一定范圍內(nèi),鈦顆粒尺寸與制備的CNT-Ti/Al復(fù)合材料力學(xué)性能成反比。當加入的鈦顆粒粒徑為80 nm時,CNT-Ti/Al復(fù)合棒材力學(xué)性能最佳。其主要原因包括兩個方面:一是鈦顆粒有助于碳納米管的分散,同時自身作為一種第二相強化基體;二是制備過程的熱反應(yīng),使復(fù)合材料組織中生成了一種核殼結(jié)構(gòu),極大地增強了其界面結(jié)合與碳納米管的載荷轉(zhuǎn)移。 

【文章來源】：金屬熱處理. 2020,45(08)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

試驗用原料的形貌

圖1 試驗用原料的形貌將上述復(fù)合粉放入放電等離子燒結(jié)爐(Spark plasma sintering,SPS)內(nèi)進行燒結(jié)成形。燒結(jié)模具為直徑?26 mm的石墨模具，燒結(jié)過程中使用石墨紙包覆住粉體。燒結(jié)工藝:室溫升溫、升溫速度為20℃/min，在427℃保溫30 min以除去粉末中的硬脂酸，燒結(jié)溫度為623℃(小于鋁的熔點660℃)，燒結(jié)時壓力為50 MPa，保壓時間為50 min。燒結(jié)成形后將石墨紙用砂紙磨掉，得到?26 mm×16 mm的CNT-Ti/Al復(fù)合材料坯體。最后通過熱擠壓的方式得到CNTs增強鋁基復(fù)合棒材。巨大的塑性變形不僅能提高復(fù)合材料的致密度，且可進一步打散CNTs的團聚，達到使碳納米具有一致取向和細化顆粒的作用，從而在有熱效應(yīng)的巨大塑性變形下一定程度上均勻化復(fù)合材料的組織與性能。本試驗所采用的是YT32-315A型四柱液壓機。擠壓過程中需要保持模具擠壓塊的溫度以保證擠壓效果和保護擠壓模具及設(shè)備。CNT-Ti/Al復(fù)合材料的熱擠壓溫度為600℃，保溫時間為1 h，擠壓模具溫度為500℃，擠壓壓力為737 MPa，擠壓比為31∶1，直徑為?26 mm的復(fù)合坯體熱擠壓后得到直徑為?5 mm的復(fù)合棒材試樣。

圖3(a,b)分別為CNT-Ti復(fù)合粉末球磨后的SEM照片。從圖3(a,b)中皆可觀察到有明顯管狀的CNTs均勻分散在鈦顆粒表面(有少量為嵌入狀態(tài))。這是因為在高能球磨的過程中，會產(chǎn)生極高的能量和剪切力，初始團聚的CNTs在這種作用力下能得到有效的分散，同時在球磨過程中鈦粉和CNTs實現(xiàn)均勻的混合。鈦作為一種強碳化物形成元素，其與碳在室溫下反應(yīng)的吉布斯自由能小于-150 k J/mol[17]，在球磨的高能量下，相對于依附鋁顆粒，其更容易粘附于碳管表面。在CNT-Ti的復(fù)合粉中，一些碎顆粒也被觀察到，這是因為球磨高能量不斷對粉末進行擠壓碰撞和破碎，從而細化顆粒。對比初始鈦顆粒的尺寸，鈦顆粒的尺寸變化不大。由于在之前的研究已證實加入20μm鈦粉，可實現(xiàn)復(fù)合粉中CNTs的均勻分散[20]。因此，加入鈦粉能有效的分散合適量的CNTs，減少后期在鋁粉中的分散負擔。2.2 CNT-Ti/Al復(fù)合粉末球磨后的形貌

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鍍鎳碳納米管/TiAl復(fù)合材料的制備與性能[J]. 楊康,孫紅亮,陳志元,鄧鵬,蔡政坤.  金屬熱處理. 2019(10)
[2]CNTs含量對CNTs/Al5083復(fù)合材料力學(xué)性能的影響[J]. 李錚,蔡曉蘭,周蕾,易峰,余明俊.  金屬熱處理. 2015(01)



本文編號：3134757