石墨烯纳米片增强铝基复合材料的制备及组织性能研究

摘要

石墨烯因其具有优异的力学性能，被认为是理想的金属基复合材料增强体。将铝合金中加入石墨烯制备石墨烯增强铝基复合材料是铝基复合材料新的发展方向。目前制备石墨烯增强铝基复合材料有许多问题需要解决，同时现在制备石墨烯增强铝基复合材料的方法工艺复杂，成本高，不适于大规模生产和应用。因此有必要开发一种成本较低，工艺简单，适于工业应用的制备方法。本文以石墨烯纳米片（Graphene nanoplatelets,GNPs）为增强体，以ZL101合金为基体，利用球磨和半固态电磁搅拌的方法，制备了石墨烯纳米片增强铝基复合材料。利用扫描电镜和X射线衍射仪对球磨后的混合粉体进行了表征和分析；利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪等对制得的复合材料的显微组织进行了表征和分析；对复合材料的密度、致密度、以及力学性能进行了测试和分析。主要研究结果如下： 球磨混粉后，混合粉体呈现片状，石墨烯纳米片和ZL101合金粉混合均匀，石墨烯纳米片与ZL101合金粉结合良好。 采用球磨混粉、半固态电磁搅拌、坩埚水冷可成功制备石墨烯纳米片增强铝基复合材料，石墨烯纳米片呈现片状和条状，在复合材料中均匀分布，与铝基体结合良好，保持了结构的完整性。 石墨烯纳米片的含量对复合材料的组织有很大影响。复合材料的平均晶粒尺寸随着石墨烯纳米片含量的增加，先减小后增大。当石墨烯纳米片含量为0.6wt%时，复合材料平均晶粒尺寸最小，为21.6μm。 石墨烯纳米片的含量会影响复合材料的力学性能。复合材料的硬度、抗拉强度、伸长率随石墨烯纳米片含量的增加，呈现先增加后降低的趋势。复合材料在石墨烯纳米片含量为0.6wt%时，力学性能最好，硬度、抗拉强度、伸长率均达到最高分别为91.9HV、180.2MPa和5.5%，较基体分别提高了30.7%、25.3%和244%。

目录

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第一章 绪论

1.1引言

1.2石墨烯增强铝基复合材料的研究现状

1.2.1石墨烯的表面改性

1.2.2石墨烯与铝及其合金粉末的混合

1.2.3石墨烯增强铝基复合材料的制备方法及性能

1.3半固态成形和电磁搅拌技术

1.4本课题研究意义和研究内容

1.4.1研究意义

1.4.2研究内容

第二章 试验材料、试验流程、试验设备及检测方法

2.1试验材料

2.1.1复合材料基体

2.1.2复合材料增强体

2.1.3辅助试剂

2.2试验流程

2.3.1复合材料制备设备

2.3.2检测设备及检测方法

2.4本章小结

第三章 混合粉体的制备及研究

3.1引言

3.2原始粉体的表征

3.2.1石墨烯纳米片

3.2.2 ZL101合金粉

3.3混合粉体的制备及检测

3.3.1混合粉体的制备

3.2.2混合粉体的检测

3.4本章小结

第四章 石墨烯纳米片增强铝基复合材料的制备及显微组织

4.1引言

4.2石墨烯纳米片增强铝基复合材料的制备

4.3不同浇注方式下复合材料的显微组织及性能

4.3.1不同浇注方式下复合材料的金相组织

4.3.2不同浇注方式下复合材料的力学性能

4.3.3不同浇注方式下复合材料的密度与致密度

4.4复合材料的分析

4.4.1复合材料扫描电镜分析

4.4.2复合材料透射电镜分析

4.4.3复合材料物相分析

4.5 本章小结

第五章 石墨烯纳米片含量对复合材料组织和性能的影响

5.1 引言

5.2 石墨烯纳米片含量对复合材料显微组织的影响

5.3 石墨烯纳米片含量对复合材料性能的影响

5.3.1石墨烯纳米片含量对复合材料密度和致密度的影响

5.3.2石墨烯纳米片含量对复合材料硬度的影响

5.3.3石墨烯纳米片含量对复合材料拉伸性能的影响

5.3.4石墨烯纳米片含量对复合材料断裂特征的影响

5.4 本章小结

第六章 结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢