碳-Al基非晶復合材料微觀結構及性能研究.pdf

1、近年來，鋁基非晶合金由于較高的比強度、低密度等優(yōu)異性能越來越受到人們的廣泛關注，但塊體鋁基非晶合金玻璃形成能力低和室溫塑韌性差等性質限制了其在工程中的應用。本課題通過機械合金化法制備Al85Fe15非晶合金為研究基體，通過機械混合的方法成功制備了碳（石墨烯、碳納米管和石墨）/Al85Fe15非晶基復合材料，研究了其熱穩(wěn)定性和不同碳材料與基體的界面結合；利用放電等離子燒結和傳統(tǒng)粉末冶金法制備了塊體Al基非晶復合材料，并對燒結塊體的顯微組織

2、和力學性能進行了分析。研究結果如下：
　　(一)機械合金化Al85Fe15非晶合金形成的研究。結果表明，在一定球磨條件下，經(jīng)過200 h，球磨產物為含少量面心立方(fcc)Al的非晶合金粉末，增加球磨時間至290 h球磨產物仍保持非晶結構。初始晶化溫度隨著球磨時間增加而逐漸增大，晶粒尺寸先減小后趨于穩(wěn)定。
　　(二)機械混合制備碳（石墨烯，碳納米管，石墨）/Al85Fe15非晶復合材料。結果表明，混料4、6和8h后，產物仍保

3、持著非晶結構，其初始晶化溫度隨著混料時間的延長而降低，且低于基體合金的Tx值(1306 K)。混料8 h可將0.3 wt.％碳納米管很好的分散于Al85Fe15非晶基體中并與基體發(fā)生機械結合，而且還可避免過多碳納米管的折斷。依據(jù)對碳納米管/Al85Fe15非晶復合材料粉末的研究，將0.3 wt.%石墨烯和石墨直接球磨混合10 h發(fā)現(xiàn)，也可均勻分散于基體中并發(fā)生機械結合。摻雜石墨烯和石墨的合金其Tx值分別為1300 K和1303 K，也低

4、于基體合金的值。對四種合金進行晶化激活能計算，摻雜石墨的初始晶化溫度激活能最大。
　　(三)放電等離子燒結制備塊體Al基非晶復合材料。結果表明，塊體合金已完全晶化，摻雜不同碳材料的顯微硬度明顯降低，而相對密度明顯提高。SEM分析表明，塊體合金的顆粒表面出現(xiàn)融化現(xiàn)象，顆粒間發(fā)生了部分融合，但試樣仍含有較多的氣孔。
　　(四)傳統(tǒng)粉末冶金法制備塊體Al基非晶復合材料。結果表明，相同預壓力下成型的塊體在不同溫度下燒結，溫度低于12

5、73 K時，塊體合金為部分晶化的非晶復合材料，溫度提高塊體合金完全晶化，塊體合金的密度隨溫度的增加而提高，其顯微硬度在燒結溫度為1173 K時達到最大(363 HV)。不同預壓力下成型的塊體在相同溫度下燒結，試樣亦為部分晶化的非晶復合材料，塊體試樣的密度和顯微硬度均隨預壓力的增加而提高。將摻雜石墨烯、碳納米管和石墨的合金粉末在1.875 GPa的壓力下成型后，在1173 K進行高溫燒結，成功制備了碳/Al基非晶復合材料，并且燒結樣品的顯