鋁基石墨烯復合材料的制備及其性能研究.pdf

1、石墨烯是由單層碳原子緊密排列為蜂窩狀結(jié)構(gòu)的二維晶體材料，特殊的晶體結(jié)構(gòu)賦予了石墨烯許多優(yōu)異的物理、化學性質(zhì)。石墨烯的楊氏模量達到1100GPa，強度達到125GPa，是鋼的100多倍，是目前已知材料中強度最高的。
　　本文對氧化石墨烯、石墨烯的制備以及石墨烯表面改性進行了研究，通過對石墨烯化學鍍銅成功制備了石墨烯與銅的復合產(chǎn)物石墨烯-Cu，以改善石墨烯與鋁基體的潤濕性與比重偏析。采用壓坯—軋制的方法制備了石墨烯-Cu質(zhì)量分數(shù)不同的

2、鋁基石墨烯復合材料，并對此復合材料的顯微組織、力學性能和摩擦學性能進行了研究。
　　本文得到以下主要結(jié)果:
　　(1)采用改進的Hummers法制備了氧化石墨，經(jīng)超聲分散后，利用水合肼還原氧化石墨烯得到了較為純凈的石墨烯。對天然石墨進行低溫反應(yīng)60min、中溫反應(yīng)120min、高溫反應(yīng)30min的氧化處理后，便可在雙氧水作用下得到金黃色的氧化石墨，經(jīng)超聲波分散處理，成功的將氧化石墨分散為能夠穩(wěn)定存在于水中的氧化石墨烯懸浮液。

3、利用水合肼分別在60℃、80℃和98℃條件下還原氧化石墨烯，發(fā)現(xiàn)在98℃時還原氧化石墨烯可以得到較純凈的石墨烯。
　　(2)通過氧化石墨烯插層鍍銅和石墨烯表面直接鍍銅兩種方法對石墨烯進行鍍銅改性，并對比鍍銅產(chǎn)物結(jié)果，發(fā)現(xiàn)利用石墨烯表面直接鍍銅能夠成功制備出多層石墨烯和Cu、CuO、Cu2O的復合產(chǎn)物石墨烯-Cu。
　　(3)采用混料—壓坯—軋制的方法，在壓坯溫度為450℃，軋制溫度為500℃的條件下制備出了鋁基石墨烯復合材料

4、。
　　(4)獲得了石墨烯-Cu含量對鋁基復合材料組織和性能的影響規(guī)律，制備出綜合性能優(yōu)良的鋁基石墨烯復合材料。石墨烯和銅主要以復合產(chǎn)物石墨烯-Cu的形式存在于鋁基體內(nèi)，石墨烯-Cu含量較低時，其在鋁基體內(nèi)分散性良好，無明顯團聚;石墨烯-Cu含量高時，難免會在晶界處發(fā)生局部團聚。隨石墨烯-Cu質(zhì)量分數(shù)的增加，復合材料的抗拉強度、維氏硬度都呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢?？估瓘姸仍谑?Cu質(zhì)量分數(shù)為3％時達到最大值181MPa，硬度在石

5、墨烯-Cu質(zhì)量分數(shù)為4％時達到最大值52.7HV，分別較鋁基體提高了有77.5％和31.4％。隨石墨烯-Cu質(zhì)量分數(shù)的增加，復合材料的密度變化符合密度混合定律，致密度呈下降趨勢，但總體都在96％以上。
　　(5)深入分析了鋁基石墨烯復合材料的磨損機理。隨石墨烯-Cu質(zhì)量分數(shù)的增加，復合材料的摩擦系數(shù)呈降低趨勢，其磨損率明顯低于基體材料。磨損率先減小，當石墨烯-Cu質(zhì)量分數(shù)大于5％時，又有所增加。通過對磨損表面的SEM照片進行分析可