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碳纳米管增强铝基复合材料搅拌摩擦加工工艺及其性能研究

作　者: 何荣军
导　师: 柯黎明
学　校: 南昌航空大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 搅拌摩擦加工铝基复合材料碳纳米管磨损强化机制
分类号: TB331
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文利用搅拌摩擦加工工艺制备碳纳米管增强铝基复合材料,主要研究搅拌头旋转速度、移动速度和搅拌摩擦加工次数对复合材料成形的影响,确定合适的工艺。在此基础上对经搅拌摩擦工艺所制备出的铝基复合材料进行硬度和磨损性能测试,研究制备工艺参数对复合材料硬度和磨损性能的影响,结合扫描电镜和透射电镜观察,对复合材料的磨损行为、微观组织进行综合分析,研究碳纳米管对复合材料的强化机制。主要研究结果如下:利用搅拌摩擦工艺可以制备出成形良好的碳纳米管增强铝基复合材料。在较高的旋转速度(1500r/min)或较低的移动速度(30mm/min)下更容易获得成形好的复合材料;对于较低旋转速度或较高移动速度的情况下,进行多次搅拌摩擦后同样可以获得成形良好的复合材料。添加碳纳米管能有效强化铝基材,复合材料硬度明显提高。当旋转速度为750r/min,移动速度为30mm/min时,复合材料的最高显微硬度达到73.5Hv,此值分别是原始基材和经FSP后基材合金硬度的2.8和2.1倍。复合材料的硬度随旋转速度、移动速度的减小而增大;对于多次搅拌摩擦,搅拌摩擦区复合材料的硬度随搅拌摩擦加工次数的增加而增大,且显微硬度值波动范围减小。与碳纳米管强化复合材料硬度的趋势类似,复合材料的耐磨性同样随着旋转速度、移动速度的减小和搅拌摩擦加工次数的增加而增加;在磨损的过程中,断裂的碳纳米管和磨屑在复合材料表面形成一层能够保护复合材料新鲜表面的机械混合层,从而提高复合材料的耐磨性,复合材料主要的磨损机制是磨粒磨损。经搅拌摩擦加工后基材合金和复合材料都获得了超细晶组织,晶粒尺寸在100~300nm,碳纳米管与基材界面结合良好,其表面包覆着一层基材合金,碳纳米管嵌入基材晶粒中起到有效传递载荷的作用;其在基材中的分布存在方向性,沿平行搅拌头前进方向呈“点状”分布,沿垂直前进方向呈“线状”分布。复合材料主要的强化机制是细晶强化和第二相强化。

碳纳米管增强铝基复合材料搅拌摩擦加工工艺及其性能研究

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