高強(qiáng)鋁合金碳納米管表面強(qiáng)化FSP技術(shù)研究.pdf

1、高強(qiáng)鋁合金主要指的是Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金，該系鋁合金有許多優(yōu)點(diǎn)。比如強(qiáng)度和硬度高、工藝簡(jiǎn)單、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，因此在航空航天等結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并成為該領(lǐng)域中的重要材料。但是高強(qiáng)鋁合金對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，容易發(fā)生斷裂，且很多鋁合金結(jié)構(gòu)件工作時(shí)表面會(huì)因摩擦擠壓等原因?qū)е缕茐?，致使許多結(jié)構(gòu)件的性能大幅度降低。本課題采用攪拌摩擦加工（Friction Stir processing，F(xiàn)SP）技術(shù)將多壁碳納米管（multi-

2、walled carbon nanotube，MWCNTs）添加在LC9鋁合金板表面，并在其表層形成MWCNTs/Al復(fù)合材料，表面強(qiáng)化高強(qiáng)鋁合金，以改善高強(qiáng)鋁合金表面的強(qiáng)度、耐磨性及表面殘余應(yīng)力，從而提高材料的綜合力學(xué)性能。結(jié)果表明：
　　攪拌頭的形狀、碳納米管的添加方式、下壓量、FSP工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合材料攪拌摩擦區(qū)的成形有很大影響。當(dāng)下壓量為0.5mm、n=600r/min、v=23.5mm/min，偏置角為2°時(shí)，經(jīng)過(guò)5道次加

3、工后可在高強(qiáng)鋁合金表面形成成形較好的復(fù)合材料，且MWCNTs能均勻分散在LC9鋁合金表面。
　　采用打孔方法添加MWCNTs，F(xiàn)SP過(guò)程中MWCNTs溢出相對(duì)較小，F(xiàn)SP后MWCNTs能較好地分散在基材表面。雙孔法不但可以添加更多的MWCNTs，且FSP后MWCNTs分布比單孔法更均勻、成形及性能比單孔法好。FSP后材料的晶粒得到明顯細(xì)化，攪拌摩擦區(qū)由細(xì)小的等軸晶粒組成。
　　添加了MWCNTs之后，母材表面的硬度有很大程度

4、的提高，說(shuō)明在FSP后，高強(qiáng)鋁合金表面確實(shí)生成了MWCNTs/Al復(fù)合材料，且在攪拌摩擦中心區(qū)復(fù)合材料的顯微硬度分布較為均勻，攪拌摩擦邊界區(qū)和軸肩變形區(qū)的顯微硬度值較高，與攪拌摩擦中心區(qū)的顯微硬度相差較大；另外顯微硬度的大小與強(qiáng)化層的厚度有密切關(guān)系。
　　MWCNTs的加入可以使表面強(qiáng)化后強(qiáng)化后復(fù)合材料的耐磨性大大提高，母材的單位磨損量較均勻；母材在FSP后磨損量比母材低，耐磨性與母材相比也有一定程度的增強(qiáng)；添加MWCNTs后復(fù)合