石墨烯增强铁基粉末冶金材料制备工艺及其性能研究

摘要

铁基粉末冶金材料和零件是粉末冶金工业的主导产品，发展高性能铁基粉末冶金材料是粉末冶金的研究重点之一。石墨烯具有高强度、高韧性、低密度和耐高温的优异性能，是一种理想的复合材料增强体，本文采用性能优异的石墨烯代替贵重金属元素制备出石墨烯铁基粉末冶金材料。主要研究内容与成果有：
　　（1）通过对石墨烯进行扫描电子显微镜、原子力显微镜、Raman光谱和X射线衍射分析，选择了少层层状结构和性能优异的石墨烯粉状材料作为铁基粉末冶金材料的增强材料。并选择了石墨烯增强铁基粉末冶金材料中各材料合理的配方比。
　　（2）研究了石墨烯增强铁基粉末冶金材料的制备工艺，确定了单向压制压力、烧结温度及保温时间等合理的工艺参数，制备出了Fe-C、GNSs/Fe和GNSs/Fe-C三组材料及其试件，并采用金相显微镜观察了三组材料的微观组织结构。
　　（3）通过单轴拉伸试验测试了三组材料的力学性能，研究了石墨烯含量对材料抗拉强度、弹性模量和延伸率的影响，分析结果表明：0.4wt.%GNSs/Fe-0.4C的综合性能最好，其密度为6.75 g/cm3，表观硬度为123.02HV0.5，抗拉强度为437.14MPa，比Fe-0.4C提高了43.15%；延伸率为1.92%，弹性模量为132GPa。并对该材料的拉伸断口分析发现：0.4wt.%GNSs/Fe-0.4C断口特征主要为韧性-脆断裂，断口中有大量的韧窝，同时也有大的解离面出现，既有较好的表观硬度又有较高的强度，综合性能较好。

目录

声明

注释表

第一章 绪 论

1.1研究背景和选题依据

1.2金属基复合材料的研究现状

1.3石墨烯的研究现状

1.4石墨烯/铁基复合材料研究现状

1.5本文的主要研究内容

第二章 实验材料与研究方法

2.1引言

2.2实验材料

2.3混粉

2.4压制

2.5成形压坯质量检测

2.6烧结

2.7材料组织结构分析

2.8材料性能测试

2.9本章小结

第三章 粉末成形工艺试验研究

3.1引言

3.2润滑剂对压制成形的影响

3.3压力对压胚密度的影响

3.4温度对压胚密度的影响

3.5本章小结

第四章 不同含量的石墨烯/铁基复合材料组织与性能分析

4.1引言

4.2石墨烯的选择及表征

4.3石墨烯含量对压坯密度的影响

4.4石墨烯含量对材料硬度的影响

4.5微观组织分析

4.6本章小结

第五章 石墨烯/铁基复合材料的单轴拉伸试验研究

5.1引言

5.2石墨烯／金属基复合材料力学性能的理论研究

5.3单轴拉伸实验

5.4 SEM断口分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文