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長風相伴金蟲 (正式寫手)
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本文以多壁碳納米管（Multi-walled Carbon Nanotubes，MWCNTs）為增強體，采用多道次攪拌摩擦加工（Friction Stir Processing，F(xiàn)SP）的方法制備了高體積分數(shù)多壁碳納米管增強AZ80鎂基復合材料。在保證復合材料性能良好的前提下，盡可能多的往基體中加入碳納米管，以達到復合材料密度的最小化。重點研究了在最高碳納米管添加量下，不同加工道次對復合材料的成形、微觀組織的演變及力學性能的影響，并探索制備輕質高強復合材料的加工工藝，為早日實現(xiàn)運用攪拌摩擦加工技術大批量生產復合材料提供實踐基礎和理論依據(jù)。主要研究結果如下： 采用FSP方法成功實現(xiàn)了高體積分數(shù)MWCNTs/Mg復合材料的制備。在進行多組加工參數(shù)試驗后，得出了適合利用“開槽法”添加CNTs制備高體積分數(shù)復合材料的加工參數(shù)：1~3道次加工選用攪拌頭轉速300r/min、加工速度23.5mm/min為宜，4~7道次加工選用攪拌頭轉速950r/min、加工速度23.5mm/min為宜。 試驗采用經3、5、7道次FSP的方法制備復合材料。經3道次FSP后復合材料的CNTs體積分數(shù)可達19.5%，隨著加工道次的增加，復合區(qū)面積增大，CNTs體積分數(shù)隨之降低。經3道次FSP后，CNTs與鎂基體未能充分混合，在復合區(qū)內形成了凌亂分層的“洋蔥環(huán)”形貌，組織不均勻，但其顯微硬度最高，平均顯微硬度為121.1HV，為母材的1.7倍，而抗拉強度最低，平均抗拉強度僅為母材的28%；經5道次FSP后，復合區(qū)內形成了均勻清晰的洋蔥環(huán)形貌，由攪拌區(qū)中心向四周擴散且距中心越遠其間距越小，顯微硬度明顯下降，平均顯微硬度為102.1HV，抗拉強度最高為340.6Mpa，平均抗拉強度為母材的98%；經7道次FSP后，洋蔥環(huán)間距繼續(xù)縮小，洋蔥環(huán)形貌變得模糊，顯微硬度和抗拉強度均比5道次加工略低，但組織最為均勻。 SEM觀察表明：經3、5、7道次FSP后，在復合材料的拉伸斷口表面均觀察到CNTs的脫粘和拔出，CNTs在復合材料中起著橋連基體的作用；此外，各道次斷口表面均存在CNTs的團聚簇；其中，3道次加工后的斷口表面團聚現(xiàn)象最嚴重，CNTs團聚簇面積最大，與基體結合面之間存在較大縫隙，但隨著加工道次的增加，CNTs團聚簇面積和與基體結合面間的縫隙明顯減小。隨著加工道次的增加，斷口處被拔出的CNTs長度逐漸縮短，CNTs在基體中的橋接作用增強，與基體的結合力逐漸增大。 TEM觀察顯示：經3道次FSP后，CNTs在基體中大量纏結，復合材料組織不均勻，界面結合力差，且存在一定缺陷；經5道次FSP后，CNTs在基體中分布較均勻，與鎂基體以半共格的晶面形式相接，界面結合較為緊密，且組織晶粒細化；經7道次FSP后，在復合材料內發(fā)現(xiàn)了平均晶粒尺寸僅為5nm的超細納米晶，晶粒得到極大程度的細化，并發(fā)現(xiàn)有少量Al4C3相生成，Al4C3相與鎂基體以完全共格的的晶面形式相接，界面結合緊密。 |
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