还原氧化石墨烯增强铝基复合材料的制备及性能研究

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1、学校代号10532学号S151301154分类号TB331密级公开硕士学位论文还原氧化石墨烯增强铝基复合材料的制备及性能研究学位申请人姓名曾祥培养单位材料科学与工程学院导师姓名及职称滕杰教授学科专业材料科学与工程研究方向铝合金、镁合金及金属基复合材料论文提交日期2018年05月30日学校代号：10532学号：S151301154密级：公开湖南大学硕士学位论文还原氧化石墨烯增强铝基复合材料的制备及性能研究学位申请人姓名：曾祥导师姓名及职称：滕杰教授培养单位：材料科学与工程学院专业名称：材料科学与工程论文提交日期：2018年5月30日论文答辩日期：2018年5月30日答辩委员会主席：

2、张福全教授FabricationandpropertiesofaluminiummatrixcompositesreinforcedwithreducedgrapheneoxidebyZENGXIANGB.E.（NanchangUniversity）2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftherequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMaterialsScienceandEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySuperviso

3、rProfessorTengJieMay,2018还原氧化石墨烯增强铝基复合材料的制备及性能研究摘要石墨烯因具有独特的层状结构，并表现出优异的力学、热学等性能，被认为是金属基复合材料理想的增强相。为了研究石墨烯在制备铝基复合材料方面的应用，本论文提出了一种新的石墨烯分散工艺－溶液混合法，并结合粉末冶金工艺制备了还原氧化石墨烯/铝基复合材料。通过拉伸实验测试了石墨烯/铝基复合材料的力学性能，并分析了石墨烯的增强机理。在此基础上，制备出了石墨烯/碳化硅混杂增强铝基复合材料，并采用球盘式摩擦试验机测试了混杂增强铝基复合材料的摩擦磨损性能，研究了石墨烯含量与外加载荷对铝基复合材料耐磨性的

4、影响规律，揭示了复合材料的磨损机理。采用氧化还原法制备的石墨烯层数较少，结构完整。通过溶液混合法，可获得石墨烯与纯铝粉末、以及与碳化硅颗粒和铝合金粉末的均匀混合，并最终实现石墨烯在铝基复合材料基体中的均匀分布。石墨烯/铝基复合材料的力学研究结果表明：石墨烯材料的加入能够显著提高复合材料的硬度和强度。当石墨烯含量为0.3wt.%时，石墨烯/铝基复合材料的极限抗拉强度和硬度达到最大值，分别为255MPa，74.3±2.9（HV），延伸率为19.2%；当石墨烯含量继续增加至0.6wt.%时，抗拉强度和硬度稍有降低，延伸率也降至13.2%。通过分析石墨烯/铝基复合材料的微观组织，细晶强化

5、和位错强化是石墨烯增强铝基复合材料的主要强化机制。石墨烯/碳化硅混杂增强铝基复合材料的硬度测试结果表明：其硬度要高于单一碳化硅增强的铝基复合材料，而且复合材料的显微硬度随石墨烯含量的增加先增加后降低，石墨烯含量为0.3wt.%的复合材料硬度值最高，为72.8±2.8(HV)。摩擦磨损实验结果表明：随着载荷的增加，石墨烯/碳化硅混杂增强铝基复合材料的摩擦系数先降低，后升高；磨损率随载荷增加而增大；和单一碳化硅增强铝基复合材料相比，混杂增强铝基复合材料的磨损率更低，临界载荷也更大。石墨烯含量为0.5wt.%的复合材料在1-3.2N条件下摩擦系数稳定，磨损率低。但当石墨烯含量增加至0.

6、7wt.%时，复合材料在2.5N时磨损率急剧增加，和碳化硅/铝基复合材料一样出现临界载荷。结合磨损表面形貌分析，在1-3.2N载荷条件下，单一碳化硅增强铝基复合材料的磨损机理以剥层磨损为主，石墨烯/碳化硅混杂增强的铝基复合材料的磨损机理在低载荷下是以磨粒磨损和粘着磨损为主，在高载荷下以剥层磨损为主。关键词：石墨烯；铝基复合材料；力学性能；摩擦磨损；粉末冶金II硕士学位论文AbstractGraphenehasprovedtobeapromisingreinforcingphaseofmetalmatrixcompositesduetoitsuniquestructureandex

7、cellentmechanical,thermalproperties.Inthispaper,inordertoinvestigatetheapplicationofgrapheneinreinforcingaluminummatrixcomposites,weintroducedanovelmethod,solution-mixing,todistributegrapheneintotheAlmatrix.Combinedwithpowdermetallurgyandhote