粉末冶金法制备镀铜石墨烯/铝复合材料的组织与性能研究

采用真空热压烧结法制备了分别添加体积分数为5%和10%镀铜石墨烯的铝基复合材料。通过金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、布氏硬度计、导热系数测试仪和四探针电阻率测试仪,检测了复合材料的组织、硬度、导热和导电性能。试验结果表明:采用简化的化学镀铜方法在石墨烯表面成功化学镀铜,镀铜后增重2倍左右,镀铜后仍然存在石墨烯团聚现象。利用镀铜石墨烯制备铝基复合材料,避免了石墨烯与铝发生界面反应生成Al4C3。复合材料主要由铝相组成,加体积分数为5%的石墨烯时生成少量Cu Al2,在加体积分数为10%的石墨烯时,铝晶粒细化。随着镀铜石墨烯加入量增加,复合材料致密度下降,导电性能有一定改善,导热性能显著提高,硬度显著增大,添加体积分数为5%和10%石墨烯时其硬度较纯铝的分别提高了12%和75%。     

非晶颗粒增强纯铝基复合材料的组织与性能

采用机械合金化制备了Al70Ni17Ti13非晶粉末,在450℃下采用无压烧结-热压工艺烧结制备了铝基复合材料,研究了不同含量的非晶粉末的加入对纯铝基复合材料显微组织及力学性能的影响。结果表明:复合材料的硬度随着增强体含量的增加逐渐增加,但其抗拉强度随着增强体含量的增加呈现出先上升后下降的趋势。复合材料的显微硬度由纯铝的46 HV0.01提高到195.3 HV0.01,效果显著。当非晶粉末颗粒体积分数为10%时,抗拉强度达到最大值为196.6 MPa,相比纯铝抗拉强度性能提升了113%。当非晶粉末颗粒体积分数为15%时,复合材料的耐蚀性能最佳。     

不同含量石墨烯/7075铝基复合材料的组织与性能

通过改进的Hummer法制备氧化石墨烯胶体,并结合低温球磨混粉与真空热压烧结方法,成功制备出GNSs质量分数分别为0.75%和1%的7075铝基复合材料。利用扫描电镜(SEM)、显微维氏硬度计和室温拉伸试验机等手段,对GNSs/7075铝基复合材料的显微组织、力学性能及断口形貌进行了分析。结果表明,GNSs含量为0.75%时与含量为1%的复合材料相比,GNSs纳米片与铝基体包覆完整,未出现层片状GNSs团聚现象。GNSs含量为0.75%和1%的复合材料硬度(HV)从90(未添加GNSs的铝合金)分别增加到125和140;复合材料的抗拉强度和伸长率均先增后降,抗拉强度最高达到250.71MPa,伸长率最高达到6.18%。由于加入GNSs量较少,3种复合材料密度变化不大。     

低过热度浇注SiC_p/Gr/ZL101复合材料组织与性能研究

采用半固态搅拌、低过热度重力浇注的方法制备了SiCp/Gr颗粒复合增强ZL101铝基复合材料。通过显微组织观察、拉伸试验以及阻尼性能测试,研究了不同体积分数SiCp/Gr对铝基复合材料性能的影响。结果表明,通过半固态搅拌、低过热度重力铸造法,使ZL101合金中的初生相α-Al由枝晶形态变为蔷薇状,晶粒明显细化。随着SiCp体积分数的增加,复合材料的抗拉强度先升高后降低,伸长率逐渐下降,复合材料的最高抗拉强度达到191MPa,比ZL101合金提高了32%。SiCp与Gr的加入改善了ZL101合金的阻尼性能,复合材料的内耗值Q-1明显高于基体合金,并且随着SiCp体积分数的增加,复合材料内耗值Q-1逐渐提高。     

石墨烯/Al复合材料的显微组织和物理性能研究

铝基复合材料具有重量轻、高耐蚀性、热膨胀系数低、导电导热性能优异和加工性能优良等优点而成为当前轻金属基复合材料研究的主流,其中,石墨烯/Al复合材料是目前研究的热点方向。为了研究石墨烯含量对石墨烯/Al复合材料物理性能的影响,本文采用了冷压烧结法制备了石墨烯质量分数为0%(纯铝)、0.3%、0.6%和0.9%的石墨烯/Al复合材料,采用光学显微镜、扫描电子显微镜及其自带的能谱仪分析石墨烯/Al复合材料的微观形貌及化学成分,采用高精度固体密度仪、显微硬度计、高温DSC分析仪和激光导热系数测量仪测试分析石墨烯/Al复合材料的密度、硬度、比热容、热扩散系数和导热系数,对比分析了不同石墨烯含量对石墨烯/Al复合材料性能的影响机制。结果表明,石墨烯/Al复合材料中石墨烯均匀的分布在铝基体中,石墨烯的添加能够使基体产生明显的晶粒细化,当石墨烯含量超过0.6%时,在复合材料中出现石墨烯的团聚现象。随着石墨烯含量的增加,复合材料的密度和致密度逐渐减小,硬度值呈现先增大后减小的趋势,比热容逐渐降低,热扩散系数先增大后略微减小,导热系数缓慢上升。     

FSP制备方式对石墨烯在铝基中分散及损伤的影响

分别采用铝板中直接填充石墨烯(一步法)和石墨烯/铝均匀混粉后填充(两步法)两种方式进行石墨烯/铝基复合材料的FSP制备,研究了搅拌摩擦加工(FSP)制备方式对石墨烯在铝基中分散、石墨烯结构损伤及复合材料力学性能的影响。结果表明,两步法FSP制备的复合材料中石墨烯分散更为均匀,其结构损伤程度也明显低于一步法,复合材料的抗拉强度达到115 MPa,较一步法提高了15%。     

旋转摩擦挤压制备石墨烯增强铝基复合材料的微观结构与力学性能

本文将石墨填入纯铝1060板材中,试图通过旋转摩擦挤压(RFE)的方法实现石墨的原位剥离而制备石墨烯增强铝基复合材料,研究了石墨与基体组织的演变、复合材料的界面结构与力学性能。结果表明,石墨在RFE大塑性变形作用下分散于基体的同时,被破碎并原位剥离出大量5~12层的石墨烯,添加石墨使基体晶粒得到明显细化、大角度晶界增加；石墨破碎产生大量的边缘缺陷有利于原子的扩散,结果在石墨烯和基体间易形成扩散界面,比机械结合界面更有利于载荷的传递；添加石墨使材料的力学强度明显提高,特别当石墨添加量0.82wt%时,复合材料的屈服强度和抗拉强度达到76.4MPa和163.2MPa,较同等条件RFE的基体分别提高了91%和71.4%,取得了较好的增强效果,此时复合材料的延伸率虽比基体有所下降但也达到25.3%,有较好的强塑性配合。     

塑性变形与退火对Ag-Ti3AlC2复合材料性能的影响

研究了塑性变形和退火处理对热压烧结Ag-Ti3AlC2复合材料力学及电学性能的影响。结果表明,塑性变形+退火处理能显著提高复合材料的导电性,其中Ag-20%Ti3AlC2(体积分数)电阻率降幅达到15.02%;复合材料的抗拉强度随着变形量的增加而大幅提升,Ag-20%Ti3AlC2复合材料在Φ2 mm加工态时抗拉强度达到最高的462.42 MPa,经退火处理,其强度降低28.57%,延伸率提高435.11%,达到19.05%,综合力学性能显著提高。     

石墨烯增强铝基复合材料制备工艺对比与分析

以石墨烯为增强体,分别采用冷压-真空热压烧结(工艺1)和真空热压烧结-热挤压(工艺2)工艺制备了纯铝及石墨烯/纯铝基复合材料。对比了两种不同制备工艺对纯铝及石墨烯/纯铝基复合材料力学性能和微观组织的影响。结果表明:采用工艺2制备的复合材料,其抗拉强度比采用工艺1制备的复合材料抗拉强度高11.35%,且采用工艺2制备的复合材料塑性也略高;在采用工艺1制备的复合材料中发现铝基体中有脱落的石墨烯,而在采用工艺2制备的复合材料中未发现石墨烯从铝基体中拔出或脱落,石墨烯与铝基体结合更为紧密;这两种工艺制备的复合材料界面均结合良好,但采用工艺2制备的复合材料细小晶粒尺寸占比更大。     

压力烧结制备二氧化钛包覆的石墨烯增强铝基复合材料（英文）

使用压力烧结方法制备了石墨烯纳米片(GNP)增强的7075铝基纳米复合材料,提出了一种通过在GNP的表面涂覆二氧化钛(TiO_2)来优化界面结合的新工艺,并比对了原石墨烯及具有包覆层石墨烯对铝基纳米复合材料的力学性能和微观结构的影响。结果表明,与添加纯GNP相比,添加具有TiO_2涂层的GNP的纳米复合材料的力学性能提高。相比于基体,TiO_2包覆GNP增强的纳米复合材料的屈服强度、抗拉强度和显微硬度分别增加了38.9%、34.4%和20.1%。性能的进一步改善是由于TiO_2涂层优化了增强相与基体之间的界面结合,从而提高了载荷传递的有效性。     

混杂增强(CNTs+TiB2)/Cu复合材料制备与性能

本文以碳纳米管（CNTs）和TiB2颗粒作为增强相,首先利用球磨、表面吸附和热压烧结相结合技术制备具有层叠结构的CNTs/Cu复合材料,改善了CNTs在铜基复合材料中易团聚问题。CNTs/Cu复合材料的致密度和导电率随CNTs含量增加而降低,抗拉强度和伸长率随CNTs含量增加先升高后降低,当含量为0.1 wt.%时综合性能最优,致密度、导电率和抗拉强度分别为97.57%、91.2 %IACS和252 MPa。而球磨后热压烧结的1 wt.% TiB2/Cu复合材料致密度、导电率和抗拉强度分别为97.61%、58.3 %IACS和436 MPa。在此基础上,将TiB2颗粒原位引入到具有层叠结构的CNTs/Cu复合材料,制备获得混杂增强(CNTs+TiB2)/Cu复合材料。相比单一CNTs（或TiB2）增强铜基复合材料,(CNTs+TiB2)/Cu复合材料的强度提升显著。其中,(0.1 wt.% CNTs+1 wt.% TiB2)/Cu复合材料的导电率和抗拉强度分别为56.4 %IACS和531 MPa,相比1 wt.% TiB2/Cu,其导电率仅降低3.3%,而抗拉强度则升高21.8%。这主要归因于片层间CNTs可起承担和传递载荷作用,同时片层间弥散分布的TiB2颗粒可以钉扎位错,两种强化机制共同作用使(CNTs+TiB2)/Cu复合材料的抗拉强度显著提升。     

氧化硅气凝胶对Al-4Cu-0.1Sn合金组织与性能的影响

采用铸造、冷轧和T6热处理制备了SiO₂气凝胶(SA)增强铝基复合材料。研究了SA含量对Al-4Cu-0.1Sn合金显微组织(铸态与冷轧T6态)与力学性能的影响。结果表明,SA能有效地加入到Al-4Cu-0.1Sn合金中,并以球状形式均匀的分布在晶粒内部。铸态下,随着SA含量的增加,合金的显微硬度呈上升趋势。当SA含量为0.02%时,合金平均硬度(HV)达到最高85,相对于未添加SA的合金提升了49%,但铸态下添加SA的合金拉伸性能略微下降;冷轧T6态下,当SA含量为0.02%时,合金硬度(HV)为138。随着SA增加,合金的屈服强度与抗拉强度先升高后降低,当SA含量为0.04%时,合金屈服强度达到320 MPa,抗拉强度达到401MPa,相比于未添加SA的合金提升了10.3%和10.7%。添加SA能够提高铸态Al-4Cu-0.1Sn合金硬度的机理是其细化了铸态合金的晶粒,并使晶界处第二相由粗大的骨骼状变成细小的非连续状。添加SA提高冷轧T6态强度的机理是细化了Al₂Cu相并消除了Al₇Cu₂Fe相。     

石墨烯含量对多层石墨烯/银复合材料组织和性能的影响

采用粉末冶金法制备了多层石墨烯/银电接触复合材料,并系统研究了多层石墨烯含量对多层石墨烯/银复合材料微观组织、导电率、硬度及电弧侵蚀的影响。结果表明,复合材料密度随多层石墨烯含量的增加而减小。多层石墨烯含量为0.5%的石墨烯/银复合材料具有最佳的导电率,为84.5% IACS。当多层石墨烯含量高于2.0%以后,复合材料硬度降低幅度明显增大。多层石墨烯含量为1.5%的多层石墨烯/银电接触复合材料表现出最优异的抗电弧侵蚀性能。     

高能超声时间对原位自生TiB2/Al复合材料组织和性能的影响

采用原位合成Al-K2TiF6-KBF4熔盐体系,通过熔体反应法成功制备了颗粒增强铝基复合材料。采用扫描电镜、X射线衍射(XRD)、万能力学试验机及摩擦磨损试验等研究了高能超声时间对复合材料的组织、力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明:复合材料中存在TiB₂颗粒和少量Al3Ti颗粒,颗粒大小为1~2μm,TB₂颗粒的截面形貌接近于正六边形,且在基体中均匀分布。复合材料的抗拉强度和伸长率随着超声处理时间的增加而提高。当超声时间为4 min时,复合材料的抗拉强度和伸长率达到最大值,分别为172 MPa和11.1%,比A356母合金分别提高了20.3%和126%,断裂模式也从准解理断裂转为韧性断裂,耐磨性也相对最好,摩擦系数达到最小值0.44,磨损量为-0.5 mg。     

Strength prediction of multi-layered copper-based composites fabricated by accumulative roll bonding

This work aims to evaluate the feasibility of the fabrication of nanostructured Cu/Al/Ag multi-layered composites by accumulative roll bonding (ARB), and to analyze the tensile properties and electrical conductivity of the produced composites. A theoretical model using strengthening mechanisms and some structural parameters extracted from X-ray diffraction is also developed to predict the tensile strength of the composites. It was found that by progression of ARB, the experimental and calculated tensile strengths are enhanced, reach a maximum of about 450 and 510 MPa at the fifth cycle of ARB, respectively and then are reduced. The electrical conductivity decreased slightly by increasing the number of ARB cycles at initial ARB cycles, but the decrease was intensified at the final ARB cycles. In conclusion, the merit of ARB to fabricate this type of multi-layered nanocomposites and the accuracy of the developed model to predict tensile strength were realized.     

碳纳米管增强铜基复合材料的制备、力学性能及电导率

以CNTs、电解Cu粉、Cu(CH_3COO)_2·H_2O为原料,采用混酸处理、分子水平法结合行星球磨两步混合工艺制备含0.5%～2%(质量分数)CNTs的Cu基复合粉末,然后通过放电等离子烧结技术制备了Cu-CNTs复合材料,探讨了制备工艺及CNTs含量对Cu-CNTs复合材料的组织、电导率和力学性能的影响规律。结果表明:当CNTs含量小于1.0%时,采用两步混粉工艺制备的Cu-CNTs复合粉体均匀性、分散性良好,经烧结后可获得致密度高、CNTs分布均匀的Cu-CNTs复合材料;当CNTs含量大于1.0%时,复合材料的致密度及CNTs分布均匀性明显降低;随CNTs含量的提高,复合材料的强度先升高后降低,塑性和电导率趋于降低;相对高能球磨、分子水平法等单一混粉工艺而言,两步法制备的Cu-1.0%CNTs复合材料综合性能更优,其电导率为51.7 MS/m(89.1%IACS),维氏硬度为1130 MPa,抗拉强度为279 MPa,断后伸长率为9.8%。     

热压温度对AlFeCrCoCu/ZL109复合材料的组织与性能的影响

通过粉末冶金法制备了AlFeCrCoCu/ZL109复合材料,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、热膨胀仪以及拉伸实验等研究了复合材料在不同热压温度下的组织与性能。结果表明:随着热压温度的升高,复合材料的抗拉强度和硬度先增大后减小;当热压温度为550℃时,复合材料的抗拉强度与显微硬度达到最大,分别为326.4 MPa和157 HV0.01,比未进行热压处理的复合材料提高了93.5%和45.7%;当热压温度为600℃时,由于组织中出现了增强相颗粒破碎和偏聚的情况,复合材料的力学性能降低。     

Tensile flow properties of Al-based matrix composites reinforced with a random planar network of continuous metallic fibres

Squeeze casting was used for processing two new types of composites: pure Al matrix composites reinforced with fibres of Inconel 601, and AS13 (Al–12% Si) matrix composites reinforced with fibres of Inconel 601 or stainless steel 316L. The fibres are continuous with a diameter of 12 μm and their volume fraction in the composites varied from 20 to 80%. The processing conditions were such that no trace of interfacial reaction compound or of matrix precipitate resulting from the dissolution of elements of the fibres could be detected. The quality of the process was attested by Young's modulus and electrical conductivity measurements. Tensile tests were carried out from room temperature up to 300°C. The composites with the pure Al matrix present a remarkable tensile ductility. They thus constitute convenient materials for assessing continuum plasticity models for composites. Properties of composites with the AS13 matrix are much affected by interface adhesion strength.     

含石墨烯胞室结构的铜复合材料及其耐腐蚀性能

目的 开发一种石墨烯在铜基复合材料中的均匀分散结构,制备出兼具高导电和强抗刻蚀性能的石墨烯/铜复合材料。方法 采用化学气相沉积原位生长法结合分散剂工艺,制备分散均匀石墨烯/铜基粉体复合材料。利用制备的石墨烯/铜粉体材料,采用真空热压工艺,制备了石墨烯/铜块体材料,然后用拉曼光谱、X射线粉末衍射仪和金相显微镜,考察石墨烯/铜试样的质量和形貌,最后用数字便携式涡流电导仪测量其电导率。利用自主设计的石墨烯/铜在过硫酸铵中刻蚀的实验装置,测试石墨烯/铜的抗刻蚀性能。结果 利用石墨烯/铜粉体制备的石墨烯/铜块体和铜具有相同的(111)、(200)和(220)晶面,多层石墨烯以立体胞室结构均匀分布在铜晶粒的晶界处。石墨烯/铜块体的导电率为96%IACS,明显优于文献报道的以其他方法制备的石墨烯/铜块体,并且在过硫酸铵溶液中浸泡90 min后,石墨烯/铜块的质量损失为126.6 mg, 石墨烯/铜比纯铜的抗刻蚀能力提高了37.6%,具有比铜更强的抗刻蚀性能。结论 以CVD原位生长法和真空热压法制 备的石墨烯/铜复合材料,石墨烯以立体胞室结构均匀分散在铜界面处,并且兼具高的导电性和强的抗刻蚀性能。