cnts-sicp镁基复合材料的制备及性能研究

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1、CNTs/SiCp镁基复合材料的制备及性能研究第1章绪论1.1镁基复合材料的概述和研究进展随着现代社会的快速发展，对材料的绿色环保、低成本、低能耗、高性能等要求越来越多，特别是航空航天、交通运输、运动设备、电子通信等领域。镁是地球储备最丰富的元素之一，镁的密度为1.74g/cm3，约为铝的2/3[1-3]。而且镁合金还具有比强度比刚度高，可回收性好，机械加工性优良，零件尺寸稳定性高，抗电磁干扰能力强以及吸振性能好等特性，使其在电子通信、交通工具、仪器仪表、家电、军事等领域中具有及其重要的使用价值和广阔的应用前景[4-5]。然而，相对于其他结

2、构金属，镁合金也有一些缺点，例如绝对强度低、硬度低、耐磨性低、高温性能差等限制了它更为广泛的应用[6]。因此，改善镁合金的这些缺点就显得非常重要。在保证镁合金轻质优势的基础上，通过复合强化的途径研究和开发镁基复合材料能消除或减轻了镁合金的这些不足之处，其弹性模量、耐磨性和耐高温性可以获得显著提高，因此镁基复合材料的研究具有重要意义[7-8]。镁基复合材料按增强相的形式可以分为连续纤维和非连续纤维增强复合材料，常用的镁合金增强相有碳纳米管或碳（石墨）纤维、SiC颗粒或晶须、Al2O3颗粒或纤维、B4C颗粒等。镁基复合材料的制备工艺主要分两类:

3、一是液相法，包括搅拌铸造法、液态浸渗法、喷射沉积法、原位自生法；二是固相法，主要就是粉末冶金法。.......1.2碳纳米管（Ts）增强镁基复合材料碳纳米管（carbonnanotubes，Ts）是由日本电子显微镜专家Iijima[24]在1991年发现的，它是一种一维特殊结构纳米碳材料。Ts可以分为单壁Ts（S5、Ts/AM60镁基复合材料。结果表明：Ts在镁基体中晶粒细化效果显著，且起搭接晶粒、强化晶界和承受载荷的作用；与镁合金基体相比，复合材料的机械性能有明显提高，但Ts加入量过多时产生的Ts团聚，会导致复合材料力学性能降低。Li[3

4、3]等人通过改进此方法制备了Ts/Mg复合材料，Ts加入量为0.1u;m，其SEM照片见图2.1。从图中可看出镁合金颗粒尺寸为微米级别，形状多数呈扁平长条状，且分布不是十分均匀。为提高Ts的分散性和与镁合金基体的界面结合，本实验所用Ts的预处理具体工艺：首先是机械改性，将Ts在行星式球磨机中200rpm的转速下球磨4h，增加Ts上的活性点[61]；然后是化学改性，将球磨处理的Ts加入到浓硫酸与浓硝酸的混合溶液中（浓硫酸与浓硝酸的体积比为1:3）在100℃下水浴处理5h，再用蒸馏水洗至中性后过滤烘干。经酸化处理的Ts会连接上羧基、羟基等官能团

5、，能提高Ts与镁基体的亲和力[62]。..........第3章复合材料制备工艺参数的优化.........183.1引言......183.2AZ91D镁合金的制备.....183.3压制压力的优化.......193.4烧结温度的优化.......203.5烧结时间的优化.......223.6本章小结.....23第4章碳纳米管/AZ91D镁基复合材料的显微组织.........244.1引言......244.2碳纳米管/AZ91D镁基复合材料的制备工艺..........244.3碳纳米管在复合粉末中的分散....264.4碳纳米

6、管/AZ91D复合材料的显微组织....284.5碳纳米管/AZ91D镁基复合材料的挤压态力学性能.....304.6碳纳米管/AZ91D镁基复合材料的拉伸断口分析.........354.7本章小结.....37第5章碳化硅/AZ91D镁基复合材料的显微组织和力学性能......395.1引言......395.2碳化硅/AZ91D镁基复合材料的制备及其组织......395.3碳化硅/AZ91D镁基复合材料的挤压态力学性能.......425.4碳化硅/AZ91D镁基复合材料的拉伸断口分析......455.5本章小结.....46第6

7、章碳纳米管/碳化硅混杂增强镁基复合材料的显微组织和力学性能6.1引言混杂增强金属基复合材料具有两种或多种增强相，主要有颗粒和颗粒混杂、颗粒和晶须混杂、晶须和晶须混杂。混杂复合材料由于不同功能的增强相相互补充，特别是产生混杂效应使复合材料具有更加优异的性能。因此，近几年受到了越来越多的材料研究者的重视，已经成功制备出具有优越力学性能[76-77]、更高耐磨性[78-80]、更低的热膨胀系数[81]和良好防腐性[82-83]的混杂增强金属基复合材料。Ts与微米级SiCp混杂增强镁基复合材料的力学性能的研究还比较少。本章采用粉末冶金法结合热挤压工

8、艺制备Ts与微米级SiCp混杂增强复合材料，结合混杂复合材料的显微组织、断口形貌等分析了不同混杂比例对复合材料组织和性能的影响。采用和第四章相同的工艺参数制备混杂增强镁基复合材料