铸造Cu包覆石墨/Al复合材料干滑动磨损性能研究

以ZL108铝合金为基体,添加Cu包覆石墨及稀土（Ce）,采用机械搅拌制备了Cu包覆石墨/Al复合材料。考察了不同Cu包覆石墨含量的Cu包覆石墨/Al复合材料的组织、硬度及磨损性能。结果表明,试验条件下,在2%~6%的Cu包覆石墨的范围内,石墨分布趋于均匀。制备的Al-4Cu包覆石墨/Al复合材料具有较高的硬度及较好的耐磨性。添加石墨使复合材料的磨损机制由磨粒磨损转变为剥层磨损。

添加铜网对片层石墨/Al复合材料热物理性能的影响

使用盐浴法对片层石墨(GFs)进行表面镀Si处理,采用真空热压法制备片层石墨/Al复合材料(Si-GFs/Al)。向Si-GFs/Al复合材料中添加10vol%的铜网,研究了铜网对Si-GFs/Al复合材料热导率和力学性能的影响。使用SEM、聚焦离子束(FIB)和TEM对Si-GFs/Al复合材料的微观结构和微观界面进行表征,并分析了复合材料的断裂机制。结果表明,添加铜网使Si-GFs/Al复合材料内部出现了高聚集定向GFs带,形成高导热通道。当GFs体积分数为30vol%~40vol%时,Si-GFs/Al复合材料的热导率提升了约20%,弯曲强度提升了40%以上。当GFs体积分数为40vol%时,Si-GFs/Al复合材料热导率和弯曲强度同时达到一个优值,分别为512W/(m·K)和127MPa。

石墨烯/Al复合材料的微观结构及力学性能

采用乙醇溶液分散和球磨两步法将石墨烯和铝粉混合,然后采用冷压和真空热压烧结相结合工艺制备了石墨烯/Al复合材料。利用扫描电镜、X射线衍射、电子万能实验机和显微维氏硬度计等分析了复合粉体混合前后形貌,研究了石墨烯添加量对复合材料微观结构和力学性能的影响。结果表明：采用乙醇溶液分散和球磨两步法,石墨烯均匀分散在铝颗粒基体中,得到混合均匀的复合粉体。冷压-真空热压烧结制备的复合材料组织致密,界面结合良好,石墨烯呈片状均匀地分布在铝基体中。随着石墨烯含量的增加（0.5%~2%,体积分数）,复合材料强度和硬度均逐渐升高;当石墨烯的含量为1%时,复合材料的综合力学性能较好,强度和硬度分别达到199 MPa和82.95 HV,相对纯铝基体的分别增加了99%和113%。

PP/石墨/Al_2O_3导热复合材料的制备及性能

选择粒径为15μm鳞片石墨(FG)和3μm Al2O3混杂导热填料,采用新型同向非对称双螺杆挤出机,当Al2O3质量分数为20%时,改变FG的质量分数,制备PP/FG/Al2O3导热复合材料,研究混沌混合加工对导热复合材料性能的影响。结果表明,随着FG含量的增加,导热复合材料的拉伸强度和弯曲强度均呈现先增大后减小的趋势,而断裂伸长率、冲击强度逐渐减小,弯曲弹性模量逐渐增大,加工流动性能变差。当FG质量分数为40%时,导热复合材料的拉伸强度和弯曲强度有最大值,分别为32.76,46.88 MPa;抵抗热变形能力和热稳定性能逐渐提高,热导率逐渐增大。当FG质量分数为50%时,维卡软化温度提高7.2℃,负载变形温度提高38.6℃,最大分解速率温度提高13.7℃,热导率是未填充FG的6.6倍、纯PP的7.9倍。制备的导热复合材料具有优异的力学、耐热、导热性能。

混粉工艺对石墨/Al2O3/Al复合材料增强体颗粒分布均匀性的影响

采用不同混粉法制备石墨/Al2O3/Al复合材料,比较了常规干混法和常规湿混法对该复合材料增强体颗粒分布均匀性的影响。结果表明:混粉方式和混粉时间影响增强体颗粒团聚程度。添加表面活性剂的常规干混法制备的混合粉的最佳时间为6 h,添加表面活性剂后的常规湿混法制备的混合粉均匀性随着混粉时间的延长而提高,且团聚程度降低。常规湿混法制备的混合粉比常规干混法制备的混合粉均匀性更高,颗粒团聚程度更低。

搅拌摩擦加工制备石墨烯/Al复合材料的界面微观结构

以纯净石墨烯为原料,采用搅拌摩擦加工法制备石墨烯/Al复合材料,主要通过透射电镜等手段观察分析复合材料石墨烯?Al的两种界面,即石墨烯平面?Al、石墨烯边缘?Al的界面微观结构,并对界面形成机制进行了分析。结果表明:石墨烯平面?Al界面清晰,是典型的机械结合界面;而石墨烯边缘?Al界面存在过渡,且在其附近偶尔还发现Al4C3的分布,此区域主要以扩散结合并可能具有部分反应(扩散+部分反应)的界面形式存在。复合材料的界面形成机制与石墨烯不同位置的C原子活性有关,平面内C原子的大π共轭结构使其高度惰性,形成机械结合界面;而搅拌摩擦加工过程对石墨烯的破坏主要发生在边缘,由于C—C键合被破坏,石墨烯边缘活泼的C原子与Al基通过C—Al原子的相互作用而形成扩散+部分反应的过渡界面。

Cu-(石墨烯/6063Al)复合材料的设计制备及组织性能研究

以6063Al合金粉末、石墨烯纳米片和厚度为2 mm的纯Cu片为原材料,利用冷等静压+真空热压烧结+热挤压的方法制备了Cu-6063Al复合材料含0.5%、1.0%(质量分数)石墨烯的Cu-(石墨烯/6063Al)复合材料。通过XRD、SEM和拉伸试验机对三种复合材料进行物相分析、微观组织和断口的SEM形貌表征及力学性能测试。试验结果表明:石墨烯/6063Al与Cu的冶金结合,能够有效抑制Al原子的扩散,从而对Cu-6063Al复合材料中Cu/Al界面处Al4Cu9、Al2Cu和AlCu三种金属间化合物的形成起到抑制作用。0.5%和1.0%含量的Cu-(石墨烯/6063Al)复合材料的抗拉强度为76.9 MPa和101.3 MPa,相比Cu-6063Al复合材料分别提高了40%和83.8%,而伸长率均有所降低。Cu-(1.0%石墨烯/6063Al)复合材料具有优异的力学性能,一方面源于Cu/Al界面处少量的脆性相,另一方面源于靠近界面层的Al侧存在数量更多、尺寸更小、更深的韧窝、较宽的撕裂棱和更紧密结合、均匀分布的石墨烯纳米片。

热挤压石墨烯/Al基复合材料的组织及性能研究

随着科技的不断发展,为满足军工、航空航天、汽车、电子工业等对铝合金的性能提出的更高的性能、功能及结构等需求,Al基复合材料具有高比强度、高比刚度、低密度、低热膨胀系数、高耐磨性,由于其优异的力学性能及良好的可加工性成为该领域的关键新型材料。实验采用粉末冶金技术制备了石墨烯质量分数为1%的石墨烯/Al基复合材料,通过扫描电镜(SEM),高分辨透射电镜(HRTEM)和拉伸试验机表征了烧结态和挤压态石墨烯/Al基复合材料的微观组织,拉伸性能和断口形貌,系统性研究了热挤压前和热挤压后Al基复合材料中石墨烯纳米片的分布状态,进而探明了热挤压工艺对石墨烯/Al基复合材料组织和性能的影响。结果表明:挤压态石墨烯/Al基复合材料的组织均匀致密,缺陷和孔洞数量明显较烧结态大幅降低。超声分散和热挤压工艺有效抑制了石墨烯与Al基体的有害界面反应。挤压态石墨烯/Al基复合材料的抗拉强度和伸长率为161.34 MPa和23.57%,较烧结态(124.41 MPa,20.78%)分别提高29.7%和13.5%。断口形貌显示烧结态石墨烯/Al基复合材料的断口韧窝小并且浅,撕裂棱光亮,而挤压态石墨烯/Al基复合材料的韧窝大而深,且大小不一,同时存在断裂的石墨烯和较深的脱落坑。

石墨烯增强层对石墨烯/Al复合材料不同压缩阶段的强化影响

利用分子动力学(MD)方法探究了石墨烯纳米片(GNs)层数和每层片数对GNs/Al复合材料不同压缩阶段力学增强效果的影响。结果发现:GNs层和片数越多,复合材料弹性模量、屈服强度和最大应力强度的增强效果越显著,且增强层由3片及以上GNs构成时,压缩曲线会出现双最大应力峰值。压缩后期,GNs的断裂造成复合材料的各向异性,使复合材料在GNs锯齿形方向上的横向变形大于扶手椅方向。与MD结果对比分析发现,当金属层厚不足3 nm时,限制层滑模型不再适用。