碳纳米管增强镁基复合材料弹性模量的研究进展

为满足结构件对高弹性模量镁基复合材料的需求,寻找理想的增强相和探索适合的复合工艺是镁基复合材料的发展趋势,向镁合金中添加碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)增强相,具有强化细晶、应力转移、位错和热残余应力等作用,有利于改善镁合金强度和弹性模量等力学性能。从CNTs增强镁基复合材料制备工艺以及CNTs对复合材料弹性模量的影响等方面,详细地介绍了近年来CNTs增强镁基复合材料弹性模量的研究进展,并对未来研究方向提出若干建议。     

T4态CNTs/ZM5复合材料的研究

对搅拌铸造技术制备的CNTs／ZM5复合材料进行T4固溶处理。研究了碳纳米管（CNTs）对T4态力学性能的影响规律。测试了T4固溶处理后复合材料力学性能，并利用扫描电子显微镜和能谱分析对复合材料断口形貌进行了观察和分析。试验结果表明，CNTs对T4态镁合金（ZM5）有较强的增强效果。采用镀镍处理后的CNTs能更好的和镁基体结合，其增强效果更为明显，但随着CNTs加入量的过多，都会导致偏聚，使力学性能下降。     

纳米碳管增强镁基材料的复合工艺及性能研究

采用正交试验方法研究了碳纳米管加入量、复合温度、搅拌时间等工艺参数对用铸造方法制备纳米碳管增强镁基复合材料过程的影响,并探讨了这些工艺参数对复合材料力学性能和显微组织的作用.试验结果表明:碳纳米管(CNTs)能明显细化复合材料的晶粒组织,提高复合材料的抗拉强度、伸长率.在3个工艺参数中,CNTs对材料的力学性能影响最大,其含量约为1%时对力学性能最为有利;其次是加热温度,温度取低值(680 ℃)较好;搅拌时间在3 min时,其综合性能较好.影响材料拉伸强度的3个因素最优组合为A 2B 1C 3,影响伸长率的3个因素的最优组合为A 2B 1C 3.     

不同涂层碳纳米管对增强镁基复合材料力学性能的影响

采用化学镀的方法在用化学气相沉积法(CVD)制备的一维多壁碳纳米管(MWNTs)上化学镀镍、镍-锌处理,然后在氩气的保护下,采用搅拌铸造的方法与镁复合,制得碳纳米管增强镁基复合材料.在MTS电液伺服机上对其抗拉强度和伸长率进行了测试,同时,采用TEM和SEM方法对复合材料的微观组织和机构进行分析.试验结果表明:随着碳纳米管含量的增加,复合材料的抗拉强度和伸长率逐渐提高,当镀镍碳纳米管的体积百分数达到1.0%时,抗拉强度和伸长率分别提高了105%和96%;相应的镀镍锌的碳纳米管复合材料则分别提高了124%和107%,但当碳纳米管的含量达到1.5%时,抗拉强度和伸长率都明显的降低.     

粉末冶金法制备镁基复合材料的力学性能和增强机理研究

为了探讨MWNTs对镁基复合材料力学性能的影响和增强机理,采用粉末冶金的方法制备了多壁碳纳米管增强镁基复合材料,对其力学性能进行了测试,并对显微组织进行了观察和分析.结果表明:碳纳米管在基体中呈束状分布,没有出现团聚现象;MWNTs与镁基之间并没有反应发生,碳纤维与镁基体并未在界面处形成碳镁化合物;它们之间是无任何化学作用的机械结合;复合材料的硬度随着MWNTs含量的增加而增加,强度也相应提高;镁基复合材料的强化主要来自增强体的强化作用、细晶强化和析出强化.     

碳纳米管-石墨烯增强AZ31镁基复合材料实验研究

采用粉末冶金法结合热挤压制备了不同质量分数的碳纳米管(CNTs)和石墨烯(GNPs)增强AZ31镁基复合材料。分析了CNTs和GNPs对AZ31镁合金及其复合材料组织、力学性能及物理性能的影响。结果表明:CNTs和GNPs的加入可以细化晶粒尺寸,并且可以提高材料的硬度、拉伸和压缩屈服强度。当同时添加0.5wt%CNTs和0.5wt%GNPs时,复合材料的抗拉强度和抗压强度分别可达到:309 MPa和399 MPa,复合材料的硬度相比基体提升了17.1%。但是复合材料的塑性和导电性相比基体材料降低。     

纳米碳管增强铝基复合材料的工艺及性能研究

采用正交试验方法研究了碳纳米管加入量、加入碳纳米管时的温度、凝固速度、浇注温度等工艺参数,对用半固态复合铸造法制备纳米碳管增强铝基复合材料过程的影响,并探讨了这些工艺参数对复合材料力学性能的作用。结果表明:碳纳米管(CNTs)能细化复合材料的晶粒组织,明显提高复合材料的抗拉强度、硬度。得出实验的最佳工艺参数为:碳纳米管的加入量为2%,加入碳纳米管时的温度为600℃,采用金属型铸造,浇注温度为680℃时,其综合性能最好;在4个工艺参数中,CNTs的加入量对材料的力学性能影响最大。     

铸造法制备CNTs／AM60镁基复合材料的研究

采用搅拌铸造法制备了CNTs/AM60镁基复合材料,研究了搅拌法加入碳纳米管的工艺特点,测试了复合材料的力学性能,并利用扫描电子显微镜和能谱分析对复合材料断口形貌进行观察和分析。研究结果表明,碳纳米管能细化复合材料晶粒组织,且起搭接晶粒和承载变形抗力作用。与基体合金相比,复合材料抗拉强度、弹性模量、显微硬度显著增加,伸长率最大可提高74.52%,但是碳纳米管加入量过多会导致偏聚,使力学性能下降。     

高性能碳纳米管增强AZ91D镁基复合材料的制备（英文）

采用球磨加搅拌铸造工艺制备了CNTs(质量分数为0.1%)增强的AZ91D镁基复合材料。通过光学显微镜、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和室温拉伸试验对复合材料进行表征和分析。结果表明:碳纳米管在镁基体中分散很均匀,并且复合在基体中的碳纳米管结构较完整。与AZ91D基体相比,复合材料屈服强度和伸长率分别提高了47.2%和112.2%。碳纳米管在基体中的均匀分散且与基体形成的强界面结合使复合材料屈服强度和伸长率同时得到了提升。此外,晶粒细化和基体中均匀分散的β相(Mg_(17)Al_(12))也有助于复合材料力学性能的提高。     

新型碳纳米管增强镁基复合材料制备方法的研究进展

介绍了国内外目前关于碳纳米管增强镁基复合材料的新型制备方法及复合材料的静态力学性能、储氢性能、腐蚀性能等。这些新型高效的碳纳米管增强镁基复合材料制备方法的提出,为进一步提升复合材料性能提供了新的思路与途径。碳纳米管增强镁基复合材料的制备技术,以及性能探索将会成为研究的热点与重点,而碳纳米管增强镁基复合材料应用范围也会得到进一步的扩展。     

Electroless plating Ni-P matrix composite coating reinforced by carbon nanotubes

Ni-P matrix composite coating reinforced by carbon nanotubes (CNTs) was deposited by electroless plating. The most important factors that influence the content of carbon nanotubes in deposits, such as agitation, surfactant and carbon nanotubes concentration in the plating bath were investigated. The surface morphology, structure and properties of the Ni-P-CNTs coating were examined. It is found that the maximum content of carbon nanotubes in the deposits is independent of carbon nanotubes concentration in the plating bath when it is up to 5 mg/L. The test results show that the carbon nanotubes co-deposited do not change the structure of the Ni-P matrix of the composite coating, but greatly increase the hardness and wear resistance and decrease the friction coefficient of the Ni-PCNTs composite coating with increasing content of carbon nanotubes in deposits.     

碳纳米管-镍磷化学复合镀层的组织与性能研究

目的研究碳纳米管对Ni-P化学镀层组织与性能的影响。方法将碳纳米管(CNTs)加入到镀液中,采用化学镀的方法在45#钢表面制得碳纳米管-镍磷化学复合镀层。利用扫描电镜、X射线衍射仪综合分析复合镀层的表面形貌和结构,并采用多功能材料表面性能测试仪对复合镀层的摩擦磨损性能进行了研究。利用动电位极化技术对Ni-P-CNTs复合镀层在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为进行了研究。结果Ni-P-CNTs化学复合镀层是非晶态结构,CNTs均匀地嵌埋在基质镀层中。在耐磨性试验中,Ni-P-CNTs复合镀层的磨损率比Ni-P镀层降低了7.6×10~(-11) m~3/(N·m),而平均摩擦因数减小了0.074。在电化学腐蚀试验中,Ni-P-CNTs复合镀层的腐蚀电位比Ni-P镀层正移了222 mV,而腐蚀电流密度降低了5.234×10~(-6) A/cm~2。结论碳纳米管填补了镍磷非晶胞间的间隙,改善了复合镀层的组织结构,使Ni-P-CNTs化学复合镀层具有更好的耐摩擦磨损性能和耐腐蚀性能。     

The influence of carbon nanotubes on the corrosion behaviour of AZ31B magnesium alloy

Carbon nanotubes (CNTs) are an effective reinforcement for magnesium (Mg) and its alloys due to their excellent mechanical properties. However, due to their quite different electrical properties compared to other carbon allotropes, the influence of CNTs on the corrosion of Mg is expected to be different. For this reason, the corrosion of AZ31B Mg alloy based composite with CNTs (AZ31B/CNT composite) was investigated with immersion tests, polarization tests and surface potential measurements. The galvanic corrosion between the Mg matrix and CNTs played an important role in the corrosion behaviour of the AZ31B/CNT composite.     

Preparation and properties of Cu matrix composite reinforced by carbon nanotubes

Cu matrix composites reinforced by carbon nanotubes(CNTs) were prepared. The effect of carbon nanotubes on mechanical and tribological properties of the Cu matrix composites were investigated. The chemical method for coating CNTs was reported. The morphology of the fracture surfaces and worn surface were examined by SEM.The results show that Cu/coated-CNTs composites have higher hardness, much better wear resistance and antifriction properties than those of the reference Cu alloy (Cu-10Sn) and Cu/uncoated-CNTs composite sintered under the same conditions. The optimal mechanical properties of the composites occurred at 2. 25%(mass fraction) of CNTs. The excellent wear resistance and anti-friction properties are attributed to the fiber strengthening effect of CNTs and the effect of the spherical wear debris containing carbon nanotubes on the tribo-surface.     

搅拌摩擦通道挤压制备碳纳米管增强7075铝基复合材料

搅拌摩擦通道挤压是作者基于搅拌摩擦焊接和等通道转角挤压提出的一种固相状态制备金属基复合材料的新方法。采用搅拌摩擦通道挤压方法，通过添加不同体积分数的碳纳米管（CNTs）(0%、2%和4%)，制备了碳纳米管增强7075铝合金基复合材料（CNTs/Al-7075）。通过光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察并分析了CNTs在Al-7075基体中的分布特征，以及复合材料的细晶组织和第二相颗粒特征。采用固溶和时效处理改善CNTs/Al-7075复合材料的组织和力学性能。结果表明，采用搅拌摩擦通道挤压方法可以制备CNTs分布均匀的CNTs/Al-7075复合材料，实现7075铝合金基体晶粒细化，通过引入CNTs增强相可获得更为细小的晶粒组织。随着CNTs体积分数增加，CNTs/Al-7075复合材料的晶粒更加细化。固溶和时效处理改善了搅拌摩擦通道挤压制备的7075铝合金和CNTs/Al-7075复合材料的第二相析出行为，使材料的显微硬度得到提高。CNTs/Al-7075复合材料的强化机制综合了细晶强化、位错强化、载荷传递和第二相强化，其中以第二相强化为主。     

高能球磨法制备的碳纳米管增强铝基复合材料的微观组织和力学性能

采用高能球磨法制备了不同体积分数的碳纳米管(CNT)与Al粉的混合粉末,用粉末冶金工艺制备了CNT/A1复合材料.微观结构分析表明.球磨可以分散一定含量的CNT到Al基体中,并与其产生良好结合.在适当的球磨工艺下.球磨不会造成CNT的严重损伤.拉伸实验表明,CNT体积分数为1.5%时,力学性能达到了最高值,屈服强度相对于纯A1基体提高了53.6%.而CNT体积分数为3%时,形成了大量的CNT团聚,力学性能迅速下降.CNT/A1复合材料的主要强化机制为细晶强化和载荷传递.     

碳纳米管预制块铸造法制备CNTs/AZ91复合材料研究

在氢气保护下,采用碳纳米管预制块铸造法制备了碳纳米管/AZ9I镁基复合材料.观察和分析了复合材料的微观组织,测试了其室温力学性能,并利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(SED)对复合材料拉伸断口形貌进行了观察和分析.研究结果表明:该方法能有效地将碳纳米管添加到镁合金熔体中并且均匀分散;随着碳纳米管的加入,复合材料的晶粒组织得到不断的细化,综合力学性能得到明显提高.     

Cu含量对CNTs/Al-Cu复合材料显微组织和压缩力学性能的影响（英文）

通过热压烧结和热轧制备碳纳米管(CNTs)增强的Al-Cu基复合材料,系统研究Cu含量对Al与CNTs的界面反应、含Cu沉淀物的析出行为及相应复合材料力学性能的影响。研究表明,提高Cu含量不仅能使复合材料制备过程中含Cu析出相的数量和尺寸增加,而且能促进CNTs与Al基体之间的界面反应,加剧CNTs转化为Al₄C₃。由于含有1%Cu(质量分数)的复合材料保持CNTs的原始结构,因此,它在所有复合材料中具有最高的强度、弹性模量和硬度。此外,增加Cu含量还能改变影响复合材料强度的主要强化机制。     

多壁碳纳米管增强银基复合材料的组织与性能

采用化学镀方法将银沉积在碳纳米管上,获得体积分数为8%的多壁碳纳米管/银(CNTs/Ag)复合粉末,通过高能球磨、压制烧结、热挤压粉末冶金手段制备了CNTs/Ag复合材料,并研究了复合材料的微观组织、导电率、抗拉强度及硬度。结果表明,化学沉积工艺能够显著改善CNTs和Ag之间的界面结合,进而提高CNTs/Ag复合材料的加工性能。与纯银比较,CNTs/Ag复合材料的抗拉强度增加了65%,硬度增加了近2倍,表明CNTs对银具有较好的强化作用。