[發(fā)明專利]一種MWCNTs/1060鋁基復(fù)合材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611045669.8
• 申請(qǐng)日: 2016-11-24
• 公開（公告）號(hào): CN108103360A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 劉芳
• 主分類號(hào): C22C21/00
• 分類號(hào): C22C21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種MWCNTs/1060鋁基復(fù)合材料，用攪拌摩擦加工技術(shù)(FSP)制備多壁碳納米管(MWCNTs)增強(qiáng)1060鋁復(fù)合材料，得到的復(fù)合材料的拉伸及耐磨性能都有很大的提升。復(fù)合材料的宏觀斷口分布為大范圍纖維形貌，呈微孔聚集性斷裂。斷裂機(jī)制以CNTs與基體脫粘和拔出為主。復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和耐磨性隨著MWCNTs體積分?jǐn)?shù)的增加而升高，延伸率隨著MWCNTs體積分?jǐn)?shù)的增加而降低。經(jīng)FSP的純鋁試樣磨損表面分布著整齊平行的犁溝，磨損過程為磨粒磨損；復(fù)合材料的磨損過程為磨粒磨損和固體潤滑膜的脫落。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種粉末冶金材料，尤其涉及一種MWCNTs/1060鋁基復(fù)合材料。

背景技術(shù)

多壁碳納米管(Multi-walled Carbon Nano-tubes，MWCNTs)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及超高的彈性模量和強(qiáng)度。將多壁碳納米管作為增強(qiáng)相添加進(jìn)各種金屬材料中已成為一個(gè)非常有效的技術(shù)。用其制備的復(fù)合材料綜合性能良好且密度低，在航天、航空及船舶方面具有巨大的應(yīng)用潛力。

攪拌摩擦加工(Friction Stir Processing，F(xiàn)SP)是一種新型固態(tài)連接技術(shù)和微觀組織改性方法。通過材料的劇烈塑性變形、混合與破碎，在摩擦熱和機(jī)械攪拌的共同作用下發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，從而使組織細(xì)化、均勻化和致密化，以提高材料的性能。由于純鋁具有良好的塑性流動(dòng)性能，經(jīng)FSP后能使增強(qiáng)相均勻彌散于鋁基體中，得到綜合性能優(yōu)良的鋁基復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了改善鋁基復(fù)合材料的耐磨性，設(shè)計(jì)了一種MWCNTs/1060鋁基復(fù)合材料。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

MWCNTs/1060鋁基復(fù)合材料的制備原料包括：采用1060鋁板為基體材料，其尺寸為300mm ×100mm×5mm。增強(qiáng)相為MWCNTs。主要參數(shù)為：直徑20nm-40nm，長度5μm～151μm，純度>98％。

MWCNTs/1060鋁基復(fù)合材料的制備步驟為：在1060鋁板上沿板中心線打盲孔，將兩板開孔面以中心線為基準(zhǔn)相疊加進(jìn)行加工。制備過程采用5道次往復(fù)加工。攪拌針直徑為8mm，長度為8mm，攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度為950r/min，加工速度為30mm/min，傾斜角為20。

MWCNTs/1060鋁基復(fù)合材料的檢測步驟為：用WDS-100電子萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測定其抗拉強(qiáng)度和延伸率，拉伸速率為2mm/min；用FEI QUANTA200型掃描電子顯微鏡對(duì)拉伸斷口進(jìn)行觀察。在M-2000型微機(jī)控制摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行磨損試驗(yàn)，在精度為0.1mg的BS224S電子天平上測出摩損前后的質(zhì)量損失，用FEI QUANTA200型掃描電子顯微鏡對(duì)磨損試樣表面進(jìn)行觀察。為表示復(fù)合材料的性能與MWCNTs體積分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系，把文中MWCNTs在鋁基復(fù)合材料中含量為0時(shí)的試樣表示為MWCNTs0/AI，MWCNTs含量為1.6%時(shí)的試樣表示為MWCNTsl.6/A1。

本發(fā)明的有益效果是：

當(dāng)CNTs體積分?jǐn)?shù)為1.6％時(shí)，宏觀斷口分布有大量纖維區(qū)域，為典型的微孑L聚集性斷裂特征。當(dāng)CNTs體積分?jǐn)?shù)為6％時(shí)，宏觀斷口無纖維區(qū)域，微觀分布著細(xì)小的韌窩，為宏觀脆性斷裂、微觀韌性斷裂。斷裂機(jī)制以CNTs與基體脫粘和拔出為主。CNTs體積分?jǐn)?shù)不大于6％的范圍內(nèi)，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和延伸率隨CNTs體積分?jǐn)?shù)的增加，分別呈上升和下降趨勢。當(dāng)CNTs體積分?jǐn)?shù)為6％時(shí)．抗拉強(qiáng)度達(dá)到189.8Mpa，為純鋁經(jīng)5道次FSP的2.05倍，且延伸率下降到10.3％，與未加CNTs經(jīng)5道次FSP后的純鋁相比，延伸率降低了72.5％。隨著CNTs體積分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的磨損量呈降低趨勢，并逐漸趨于穩(wěn)定。經(jīng)FSP的純鋁試樣磨損表面分布著整齊平行的犁溝，磨損過程為磨粒磨損；復(fù)合材料的磨損過程為磨粒磨損和固體潤滑膜的脫落。

具體實(shí)施方式

實(shí)施案例1：