CNTs-SiCw混雜增強2024鋁基復合材料的組織與性能研究.pdf

1、采用擠壓鑄造方法制備了高體積分數(shù)(CNTs+SiCw)/2024Al混雜增強鋁基復合材料,其中CNTs與SiCw體積比為1:1,總含量為25.04％;并對復合材料進行了擠壓比16:1的熱擠壓處理。利用OM、SEM和TEM分析鑄態(tài)和擠壓態(tài)復合材料CNTs分布狀態(tài)、基體組織和界面結合狀態(tài);通過拉伸實驗評價擠壓態(tài)復合材料的力學性能,并結合斷裂過程分析揭示復合材料的強韌化機制;采用可控溫摩擦磨損試驗機在干摩擦磨損狀態(tài)下分析鑄態(tài)和擠壓態(tài)復合材料的

2、摩擦磨損特性,揭示摩擦磨損特性與溫度、載荷的相關性,結合磨痕與磨屑分析闡明增強體的作用及復合材料的磨損機制。
　　通過混酸處理獲得分散良好的CNTs,采用濕法成型制備了CNTs與SiCw分布均勻、抗壓強度高、無頸縮、無裂紋的預制塊,采用擠壓鑄造法制備了增強體含量可控的鑄態(tài)復合材料,并對鑄態(tài)復合材料進行熱擠壓處理。擠壓前后復合材料組織觀察表明:鑄態(tài)復合材料中存在明顯的夾鋁帶、孔洞、CNTs大塊團聚區(qū)等缺陷,熱擠壓后復合材料內(nèi)部缺陷明

3、顯減少,且增強體分散性提高,基體晶粒尺寸細化;鑄態(tài)、擠壓態(tài)復合材料中CNTs和SiCw與基體發(fā)生反應形成了Al4C3,且未參加反應的增強體與基體界面結合良好。
　　室溫拉伸實驗結果表明,熱擠壓后復合材料抗拉強度、延伸率均高于鑄態(tài)復合材料,這是由于熱擠壓后CNTs分散性提高、基體晶粒尺寸得到細化,另外也與復合材料夾鋁帶、孔洞等缺陷減少以及晶須定向排列等有關。高溫拉伸實驗顯示,200℃時擠壓態(tài)和峰時效態(tài)復合材料抗拉強度分別達到345M

4、Pa和382MPa,與室溫相比降低均不明顯;但300℃時,上述復合材料強度都明顯降低,同時塑性提高。
　　復合材料干摩擦磨損實驗表明,不同載荷(2、5、10、20N)下擠壓態(tài)復合材料在室溫(25℃)下的磨損率明顯低于擠壓態(tài)2024Al合金,且復合材料摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性更高;同樣在室溫(25℃)下,2024Al在20N載荷下轉變?yōu)檎持p進入嚴重磨損階段,而此時復合材料仍為輕微磨損階段,磨損機制以輕微的犁削磨損為主;因而復合材料表現(xiàn)更