高性能碳纳米管增强AZ91D镁基复合材料的制备（英文）

采用球磨加搅拌铸造工艺制备了CNTs(质量分数为0.1%)增强的AZ91D镁基复合材料。通过光学显微镜、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和室温拉伸试验对复合材料进行表征和分析。结果表明:碳纳米管在镁基体中分散很均匀,并且复合在基体中的碳纳米管结构较完整。与AZ91D基体相比,复合材料屈服强度和伸长率分别提高了47.2%和112.2%。碳纳米管在基体中的均匀分散且与基体形成的强界面结合使复合材料屈服强度和伸长率同时得到了提升。此外,晶粒细化和基体中均匀分散的β相(Mg_(17)Al_(12))也有助于复合材料力学性能的提高。     

热处理对MWCNTs/AZ80镁基复合材料组织和力学性能的影响

采用搅拌摩擦加工法制备了不同体积分数碳纳米管增强AZ80镁基复合材料,考察了固溶+时效热处理对复合材料的微观组织和力学性能的影响。结果表明:镁基复合材料组织致密,晶粒细小,其中的碳纳米管均匀分布;热处理导致碳纳米管与AZ80基体界面上有A13Ni2化合物生成,改善了界面结构;复合材料的抗拉强度随碳纳米管体积分数的增加逐渐增加,固溶+时效处理后的复合材料的抗拉强度有所提高,影响MWCNTs/AZ80复合材料力学性能的主要因素是碳纳米管与镁基体之间的界面结合情况。     

不同纳米碳材料增强镁基复合材料的显微组织与力学性能

以AZ91合金为基体,采用液态分散技术+粉末冶金工艺+热处理工艺制备了四种纳米碳材料(碳纳米管、包覆氧化镁碳纳米管、石墨烯纳米片和氧化石墨烯)增强的镁基复合材料;测试了复合材料的力学性能,并利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等对复合材料微观组织、界面结构和断口形貌进行了表征及分析.结果表明:制...     

粉末冶金法制备镁基复合材料的力学性能和增强机理研究

为了探讨MWNTs对镁基复合材料力学性能的影响和增强机理,采用粉末冶金的方法制备了多壁碳纳米管增强镁基复合材料,对其力学性能进行了测试,并对显微组织进行了观察和分析.结果表明:碳纳米管在基体中呈束状分布,没有出现团聚现象;MWNTs与镁基之间并没有反应发生,碳纤维与镁基体并未在界面处形成碳镁化合物;它们之间是无任何化学作用的机械结合;复合材料的硬度随着MWNTs含量的增加而增加,强度也相应提高;镁基复合材料的强化主要来自增强体的强化作用、细晶强化和析出强化.     

高体积分数MWCNTs/AZ80复合材料的显微组织

采用搅拌摩擦加工技术制备体积分数为19.5%的多壁碳纳米管(MWCNTs)增强AZ80镁基复合材料,研究经多道次搅拌摩擦加工(FSP)加工后复合材料的显微组织和MWCNTs在基体中的分布和稳定性,分析MWCNTs与基体的界面结构特征。结果表明:多道次FSP能提高MWCNTs在基体中的分散性,并在基体中形成了纳米晶,晶体尺寸仅5 nm左右。经多道次FSP后,MWCNTs在径向上的多壁结构未受到机械损伤,但经7道次加工后,在复合材料中发现有少量Al4C3相;碳纳米管与镁基体以半共格的界面形式相接。     

铝基体上碳纳米管原位均匀合成及其复合材料的性能

采用负载于铝粉上的镍催化剂,成功地在650℃通过化学气相沉积法在钳基体中原位合成碳纳米管。结构农征表明,所合成的碳纳米管具有较高的石墨化程度和平直的石墨壳层。通过该方法实现铝粉中碳纳米管的弥散分布,其分散效果优于传统机械混合方法。利用所合成的碳纳米管／铝原位复合粉末,采用粉末冶金工艺制备碳纳米管／铝基复合材料。性能测试表明,制备的复合材料的力学性能和尺寸稳定性得到显著提高,其原因在于铝基体中碳纳米管的均匀分散和碳纳米管－铝基体之间良好的界面结合。     

碳纳米管的功能化处理及其对胶黏陶瓷涂层抗腐蚀性能的影响

目的 改善碳纳米管的分散性能,提高A4钢涂层的抗腐蚀性能。方法 用化学改性和物理改性相结合的办法,对多壁碳纳米管进行了功能化处理,并通过傅里叶红外光谱仪（FTIR）、透射电镜（TEM）、热重分析仪（TGA）对功能化碳纳米管进行相关表征。将改性后的碳纳米管植入陶瓷涂层中,制得不同碳纳米管含量的增强陶瓷涂层（CRPCC）,并通过电化学试验深入探讨了碳纳米管增强陶瓷涂层的耐腐蚀性能。结果 处理后的多壁碳纳米管分布更均匀,缠结现象显著改善。功能化后的碳纳米管表面成功引入表面活性剂,侧壁的含氧基团占比20%左右。电化学试验表明,碳纳米管的植入有效降低了基体涂层结合处因腐蚀产生的Cl、O元素的含量,且腐蚀后CRPCC与基体的界面形貌良好。腐蚀后期,阻抗模值高达106 kΩ?cm2,防护效率高达94%。结论 对碳纳米管进行混合改性有助于提高其分散性,向涂层中植入碳纳米管,可以提高涂层的抗腐蚀性能。     

片状粉末法制备碳纳米管/铝复合材料的组织特征及性能调控

本文利用片状粉末法中片状铝粉末大比表面积优势，结合粉末冶金法成功制备了碳纳米管/铝复合材料，实现了碳纳米管的低结构损伤和在铝基体中的良好分散。但片状铝粉表面自发生成的氧化铝薄膜阻碍了碳纳米管与铝的直接结合。由于粉末冶金低的制备温度，这种碳纳米管-氧化物-铝之间难以形成强的化学键合，复合材料在拉伸后直接在混合界面上破坏，导致复合材料相比基体合金强度不增反降。通过增加片状粉末厚度进而减小其表面的氧化物以及结合添加镁元素的方法，大幅增加界面结合强度，复合材料的屈服强度和抗拉强度相比基体出现高效提升。     

铸造法制备纳米碳管增强镁基复合材料的力学性能研究

在氩气保护下,采用搅拌铸造的方法制成了碳纳米管增强镁基复合材料,测试了力学性能,观察和分析了显微组织.同时,用TEM和EDS方法对碳纳米管涂覆层的界面结构和成分进行了分析.试验结果表明:采用化学镀镍处理,可在CNTs表面获得均匀且结合力较强的涂覆层,改善了与基体的润湿和结合状况.CNTs对镁基材料具有较好的增强效果,经过涂覆处理的CNTs,增强效果更明显.在本试验条件下,CNTs能细化晶粒组织,提高复合材料的抗拉强度、伸长率、硬度和弹性模量.     

AZ31镁合金铝涂层机械研磨振动热扩散研究

以AZ31镁合金热喷涂铝涂层为研究对象,用自制的振动热扩散装置,进行一定温度热扩散或在热扩散的同时进行振动机械研磨处理,研究比较了振动热扩散对镁合金热喷铝涂层的影响.采用金相显微镜、扫描电子显微镜观察涂层表面、截面形貌,对涂层界面进行能谱分析,利用显微硬度计测量不同工艺下涂层与镁基体界面处硬度变化,利用X射线衍射分析涂层与基体界面处扩散区域相组成,用电化学工作站测得涂层极化曲线,通过盐水浸泡分析比较了不同工艺处理后镁合金的耐腐蚀性.结果表明:镁合金喷铝涂层经360～400℃保温2h热扩散或振动热扩散(机械研磨热扩散),在涂层与镁基体的界面处镁铝原子有不同程度的互扩散,并有镁铝Al12Mg17相生成,界面硬度有极大提高,振动热扩散使涂层明显致密化并形成连续析出相,能有效提高涂层的耐腐蚀性能.     

粉末冶金CNTs增强铝基复合材料的界面设计与性能调控研究进展

碳纳米管(CNTs)增强铝基复合材料(AMCs)因综合了铝基体和CNTs的优异特性，而具有高的比强度、比模量及优良的耐蚀性和导电导热等功能特性，近年来在快速发展的航空航天、轨道交通及汽车构件轻量化等领域展现出广阔的应用前景。然而在CNTs增强AMCs的研究中面临着CNTs不易分散均匀、与铝基体间的润湿性较差、Al-CNTs易发生界面反应生成易水解的Al₄C₃硬脆相等瓶颈问题。如何解决CNTs分散均匀性的同时，抑制有害界面反应并改善其界面润湿性和界面结合，促进CNTs在AMCs中强化效果的充分发挥已成为该领域目前的主要研究方向。本文梳理并综述了近年来国内外研究人员针对上述问题所提出的解决思路，从界面设计角度总结分析了不同界面调控策略对复合材料界面结合、界面反应以及力学性能的影响，为基于界面结构设计的CNTs增强AMCs的组织与性能调控提供了实验和理论参考。     

钟罩浸块铸造法制备的CNTs/AZ31镁基复合材料的力学性能

将Al粉、Zn粉、碳纳米管(CNTs)混合料按照质量比为3:1:X(X=0,0.5,1.0,1.5)压块,并用钟罩压入法将这些预先制备的压块加入到合金熔体中制备AZ31/CNTs复合材料。测试该复合材料的力学性能,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪和光学显微镜对AZ31/CNTs复合材料的金相试样、断口形貌进行表征和分析。结果表明:钟罩压块法可以有效地将碳纳米管分散到镁合金熔体中;CNTs对AZ31镁合金的力学性能有较强的增强效果,与本研究中的铸造AZ31合金相比,AZ31/CNTs复合材料的最大抗拉强度和伸长率分别提高41.3%和119.4%,弹性模量和显微硬度分别提高67.8%和66.9%;CNTs对AZ31镁合金基体晶粒的细化作用显著,与镁基体界面结合较好;复合材料试样断口形貌由韧窝和撕裂棱组成,呈现准解理断裂特征。     

碳纳米管-镁基非晶复合材料的制备及力学性能

采用铜模差压压铸的方法成功制备了碳纳米管颗粒增强镁基非晶复合材料,并对其微观结构、压缩性能、断裂强度及断口形貌进行了研究。结果表明,碳纳米管颗粒与非晶基体结合良好,其引入没有明显改变基体非晶合金的玻璃形成能力和热稳定性能;与非晶合金相比,复合材料的最大压缩强度及断裂位移有明显提高。碳纳米管在基体中复合的比较均匀,没有出现大面积团聚,并形成很多韧窝结构。     

搅拌摩擦加工碳纳米管增强7075铝基复合材料的疲劳性能

采用搅拌摩擦加工方法制备了碳纳米管增强7075铝基复合材料,研究了复合材料显微组织和疲劳性能。结果表明:复合材料晶粒细小,增强相碳纳米管在基体中分散均匀。随碳纳米管体积分数的增加,碳纳米管在基体中的分散程度降低。复合材料的疲劳性能高于基材,且随着碳纳米管含量的增加,复合材料的疲劳性能逐渐提高,但发现其抗拉强度呈现逐渐减小的趋势。复合材料中存在少量的大尺寸金属间化合物、非金属夹杂、片状氧化物等缺陷对复合材料的疲劳性能造成不利影响。     

SiC_p/AZ61镁基纳米复合材料高能超声制备及阻尼性能研究

采用自行设计的高能超声装置制备SiCp/AZ61镁基纳米复合材料,并对制备的复合材料进行显微组织观察和阻尼性能测试。试验结果表明,高能超声波能使SiCp在镁合金熔体中均匀分散,在室温下镁基复合材料的阻尼性能与AZ61合金相比得到了显著的改善,其阻尼性能的提高可以用G-L位错钉扎模型解释。由于SiCp的加入使基体中界面数量增加,高温下更加容易发生界面滑移,材料的阻尼性能明显提高。     

镁合金表面不同掺杂类石墨镀层的界面研究

利用非平衡磁控溅射技术分别在镁合金基体上制备了以Al、Zr、W为过渡层的类石墨镀层。使用透射电子显微镜(TEM)对镀层的截面微观结构及相组成进行分析;使用划痕仪与摩擦磨损机测试镀层的膜基结合强度和摩擦性能。结果表明,镁基体-铝过渡层界面形成了镁和β-Mg17Al12相混合的合金相分层界面;镁基体-锆过渡底层界面形成了较好的局部连续界面;镁基体-钨过渡底层界面为钨粒子对镁合金基体注入形成约20 nm的镁-钨团簇混合界面层。镁基体表面铝、锆、钨掺杂碳镀层的膜基结合力分别为10.2、11.0、4.8 N。掺杂碳镀层工作层成分及结合力的不同,导致镀层耐磨减摩性能差异较大:掺铝碳镀层有较小摩擦系数,在0.1~0.18之间,且耐磨性较好,在球-盘实验结束后镀层依然没有失效;掺锆碳镀层大约在1600 s失效,摩擦系数急剧增大,失效前的摩擦系数在0.08~0.18之间,具有良好的减磨耐磨效果;掺钨碳镀层从一开始摩擦系数就急剧增加,在250 s左右完全失效,出现大面积剥落,在3种镀层中耐磨减摩效果最差。     

碳纳米管增强镁基复合材料的界面分离特性

建立碳纳米管增强镁基复合材料界面弹性应力传递摩擦拔出模型,得到镁基复合材料各组分的应力和应变。考虑泊松效应和界面上摩擦应力的作用以及基于界面分离过程能量平衡和界面应变失配原则,得到界面能释放率和裂纹位移展开轮廓的表达式。分别从界面能释放率和裂纹位移展开轮廓两个方面研究复合材料性能参数对碳纳米管增强镁基复合材料断裂的影响。结果表明:界面分离长度和界面厚度较大,则复合材料的界面分离能释放率就越大;较大的界面分离长度、界面厚度、弹性模量和泊松比均对复合材料的裂纹位移展开轮廓产生较大影响;碳纳米管长径比越小,则复合材料的界面分离能释放率和裂纹位移展开轮廓越大;对界面材料的弹性模量和泊松比选择存在着最佳值。     

超声在电沉积锡基碳纳米管复合材料中应用

本文在硫酸盐型镀锡液中,加入碳纳米管,采用复合电沉积工艺制备锡基碳纳米管复合材料,作为锂离子电池负极。利用扫描电镜进行微区形貌观察,比较了搅拌条件下和在超声作用下制备的复合材料的不同,超声作用下制备的复合镀层微观表面平整,碳纳米管在基体中均匀分散,其与基体结合良好。依据实验对超声在复合电沉积过程中作用机理给出了初步的解释。     

搅拌摩擦加工制备MWCNTs/Al复合材料的微观组织分析

采用搅拌摩擦加工技术制备了不同含量多壁碳纳米管增强铝基复合材料,并利用透射电镜对该复合材料的微观组织和界面结构进行分析。结果表明:该复合材料组织具有微米级的超细晶粒,晶粒尺寸随搅拌摩擦加工道次的增加而逐渐减小;铝基体晶粒中存在大量位错,并在局部形成位错缠结;在铝基体中有纳米级短棒状Al_4C_3相弥散分布;碳纳米管与铝基体之间结合紧密,界面处未发现有新相生成。     

颗粒增强镁基复合材料研究进展

综述了不同种类颗粒增强镁基复合材料的最新研究进展，着重介绍了这些复合材料的组织、结构、性能及界面问题。针对目前颗粒增强镁基复合材料研究领域存在的问题，提出了该领域的研究方向：探索控制增强颗粒和基体界面行为的有效手段：研究低成本、短流程的原位颗粒增强复合材料制备技术；实现多种材料制备和加工技术的紧密结合；借助现代计算机模拟技术对增强颗粒强化和失效机制进行研究将是该领域的研究方向。