原位生长碳纳米管增强6061铝合金基复合材料的制备与性能

摘要

碳纳米管(CNTs)由于具有优异的物理和力学性能而成为复合材料的理想增强体。然而CNTs易于团聚,与基体之间界面润湿性差等问题严重阻碍了高性能复合材料的发展。近年来,本课题组采用在纯铝基体上化学气相沉积法(CVD)原位合成CNTs的方法制备了CNTs增强铝基复合材料,显著改善了CNTs在铝基体中的分散性和界面结合性,使CNTs的优良性能得以更好发挥。在课题组纯铝基体的研究基础上,本文以6061铝合金为基体,针对合金粉末的特点,采用球磨变形-表面修饰-CVD原位合成-粉末冶金法制备CNTs增强6061铝基复合材料,研究工艺过程对复合材料微观结构和性能的影响。
　　首先采用球磨法处理6061铝合金粉末,研究了球磨的转速、磨料比、球磨的时间以及过程控制剂对粉末形貌的影响。结果表明:采用500 rpm,磨料比为15:1,酒精湿磨1 h的条件下,得到直径约50μm,厚度约2μm的片状粉末,其具有表面光滑,杂质含量低,比表面积大等优点,有利于胶黏剂的粘附。
　　采用“胶黏剂修饰-催化剂前驱体附着-CVD生长”方法制备 CNTs/6061Al复合粉末,研究了胶黏剂种类、胶黏剂浓度、催化剂前驱体种类、催化剂前驱体浓度、碳源等条件对CNTs生长的影响,并对6061Al基体上CNTs的原位生长机理进行了探讨。结果表明,利用相对于溶剂质量比为1 wt.％的聚乙烯醇溶胶能有效地修饰片状粉末表面,可以在0.05 mol/L的醋酸镍溶液(或者醋酸钴溶液)中粘附催化剂前驱体,从而CVD合成分散均匀的鱼骨状或直管状CNTs。
　　对原位合成的CNTs/6061Al复合粉末通过粉末冶金工艺进行冷压-烧结-热挤压后制备了 CNTs/6061Al复合材料。研究了 CNTs含量和热处理工艺对CNTs/6061Al复合材料的力学性能以及微观组织的影响,并探讨了复合材料的强化机理。结果表明:当CNTs含量为1.9 wt.%时,复合材料的压缩性能达到最佳值,其压缩屈服强度和弹性模量分别为基体的2.6倍和1.5倍,但继续提高CNTs含量后,复合材料的压缩性能出现大幅下降。此外,研究了固溶时效对CNTs/6061Al的影响,发现CNTs含量为1.9 wt.%的复合材料在530℃下固溶处理1h、190℃下时效3h后,硬度达到峰值,为热处理前的1.82倍。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2铝基复合材料

1.3碳纳米管

1.4碳纳米管增强铝基复合材料

1.5本文研究目的和研究内容

第二章 实验原料、方法与设备

2.1实验原料

2.2 CNTs/6061Al复合材料的制备方法

2.3实验仪器与设备

第三章 6061铝合金基体上原位合成碳纳米管的研究

3.1引言

3.2 6061铝合金粉末的球磨处理

3.3 CNTs/6061Al复合粉末的催化剂前驱体制备

3.4 CNTs/6061Al复合粉末的CVD合成

3.5本章小节

第四章 CNTs/6061Al复合材料的制备与性能初探

4.3 CNTs/6061Al复合材料的密度

4.4 CNTs/6061复合材料的力学性能

4.5 CNTs/6061Al复合材料的热处理强化

4.6 CNTs/6061Al复合材料的强化机理探讨

4.7本章小结

第五章 主要结论和创新点

5.1主要结论

5.2主要创新点

5.3本工作的发展建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢