镀铜石墨烯铝基复合材料的制备及性能研究

通过改进的Hummers法制备氧化石墨烯,对氧化石墨烯进行化学镀铜处理。复合材料以纯铝为基体,镀铜氧化石墨烯为增强相。通过放电等离子烧结工艺制备不同质量分数的镀铜石墨烯铝基复合材料。通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM),X射线衍射仪(X-ray diffractometer, XRD)等表征材料的微观组织结构,利用微拉伸试验机测试材料的力学性能。结果表明,镀铜石墨烯质量分数达到0.15%时,镀铜石墨烯铝基复合材料综合性能达到最优,维氏硬度和抗拉强度分别达到56和224 MPa,比石墨烯铝基复合材料的维氏硬度和抗拉强度分别提高6%和24%,比纯铝的维氏硬度和抗拉强度分别提高30%和103%。镀铜石墨烯铝基复合材料具有较好的减磨性。     

RGO/Cu复合材料的制备和力学性能研究

通过硝酸铜、热甘氨酸和氧化石墨烯的一步热反应,成功合成了RGO/Cu复合粉末,对复合粉末进行放电等离子烧结制备RGO/Cu复合材料。结果表明,RGO片层中均匀分布着Cu纳米粒子,RGO/Cu复合粉中RGO与Cu通过氧协调C-O-Cu键产生强相互作用,近而增强RGO/Cu界面结合强度,并且在烧结RGO/Cu复合材料中得到保持。相对于纯Cu,0.6%RGO的RGO/Cu复合材料的屈服强度增加了75.8%,抗拉强度增加了47.7%,同时保持了良好的伸长率(29%)。     

石墨烯含量对石墨烯/Al-15Si-4Cu-Mg复合材料微观组织和力学性能的影响

低温球磨分散结合真空热压烧结工艺制备了石墨烯增强的Al-15Si-4Cu-Mg基复合材料.采用扫描电镜、X射线衍射、能谱分析和透射电镜表征了复合材料微观结构,通过抗拉强度和硬度测试,研究了石墨烯添加量对石墨烯/Al-15Si-4Cu-Mg复合材料微观组织和力学性能的影响.结果表明:当石墨烯质量分数分别为0.4%和0.8%,石墨烯沿基体晶界均匀分布,钉扎晶界,石墨烯与Al-15Si-4Cu-Mg基体界面结合良好,初晶β-Si、Mg₂Si和Al₂Cu相弥散分布于基体中.当石墨烯质量分数上升至1%,石墨烯分散困难,过量石墨烯富集于晶粒边界处,诱发脆性鱼骨状Al₄Cu₂Mg₈Si₇相沿晶界析出.当石墨烯质量分数为0.8%时,石墨烯/Al-15Si-4Cu-Mg复合材料的拉伸强度和硬度分别达到321 MPa和HV 98,相比纯Al-15Si-4Cu-Mg复合材料分别提高了19.3%和46.2%;当石墨烯质量分数为0.4%时,复合材料的屈服强度高达221 MPa,硬度和塑性亦获得明显改善.      

粉末冶金CNTs/Cu复合材料的显微组织与力学性能

对碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)进行化学镀铜,然后采用粉末冶金法制备CNTs含量(质量分数,下同)为0~4%的CNTs增强铜基复合材料(CNTs/Cu)。研究CNTs含量、成形压力以及后续处理工艺对CNTs/Cu复合材料组织及力学性能的影响。结果表明:化学镀铜后的CNTs,CNTs与铜界面结合良好;与Cu粉混合球磨后,镀铜的CNTs嵌入铜基体中,其管状结构没有遭到明显破坏;随CNTs含量增加,CNTs/Cu复合材料的硬度提高,抗拉强度先增大后减小,CNTs的最佳含量(质量分数)为1%;复合粉体的最佳成形压力为1 400 MPa;异步冷轧比复压更有利于提高复合材料的抗拉强度与显微硬度;经过异步冷轧处理的1%CNTs/Cu复合材料的抗拉强度达350.05 MPa,比纯铜提高1倍,显微硬度HV为196.2,比纯铜提高32.03%。     

粉末冶金法制备石墨烯/2024Al复合材料的组织及性能研究

本文以石墨烯纳米片和2024Al合金粉末为原材料,利用冷等静压+真空烧结+热挤压的方法制备了不同质量分数的石墨烯/2024Al复合材料,通过对复合材料进行SEM表征、能谱分析以及力学性能测试,研究了不同质量分数石墨烯/2024Al复合材料微观组织和宏观性能。结果表明：经过冷等静压+烧结后的石墨烯/2024Al复合材料中石墨烯呈现随机分布,此时致密度较低。通过热挤压后,能够使石墨烯呈定向排列,且显著提高复合材料的致密度。0.5%和1%挤压态石墨烯/2024Al复合材料的抗拉强度可分别达到290.6 MPa和321.1 MPa,相比基体分别提高了48.8%和64.4%,表明石墨烯的引入以及质量分数的增加能显著提高复合材料的抗拉强度。     

车制动闸瓦用烧结RGO/Cu-Ag复合材料的摩擦磨损性能分析北大核心

采用化学镀的方法将氧化石墨烯(RGO)表面负载纳米Cu颗粒,之后与Cu-Ag基体混合制备RGO/Cu-Ag复合材料,对各试样进行SEM微观形貌观察和XRD测试,并利用摩擦测试机表征其耐磨特性。结果表明:RGO添加质量分数为4%时,复合材料表面呈颗粒状与片状相结合的状态。随着RGO添加量增加,复合材料的硬度和弹性模量先增大后减小,加入RGO的质量分数达到4%时,复合材料的硬度和弹性模量最大,分别为64.82HV和104.26 GPa。且此时试样经磨损后生成了具有规整排列状态的条型犁沟形貌,原先的结疤粗糙区域消失。随RGO含量增加,试样的摩擦因数先减小后增大,RGO加入质量分数为4%时,试样的摩擦因数达到了0.28的最低值,同时表面粗糙度降低为1.68μm。     

球磨时间对石墨烯/ODS铜基复合材料组织与性能的影响

在铜粉中加入0.1%氧化石墨烯与0.5%超细氧化铝颗粒(均为质量分数)进行混合机械球磨,然后真空热压致密化,并同时实现氧化石墨烯的热还原,从而在ODS(oxide dispersion strengthened,氧化物弥散强化)铜基复合材料中引入石墨烯作为第二增强相,制备出石墨烯/ODS铜基复合材料。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman spectra)、力学和物理性能测试等,研究球磨时间对复合粉末及其烧结后的组织与性能的影响。结果表明,随球磨时间增加(0~8 h),复合材料的力学性能和物理性能都提高。当球磨时间为8 h时,石墨烯在铜基体中有较好的结合与分布,材料综合性能最佳,石墨烯/ODS铜基复合材料的压缩屈服强度为324 MPa,比ODS铜合金的屈服强度(250 MPa)提高29.6%;抗弯强度为621 MPa,非常接近ODS铜合金(629 MPa),弯曲断口为韧性断裂;维氏硬度(HV)为100;电导率达到87.23%IACS;热导率为385 W/(m·K)。     

镍含量对铜基石墨烯复合材料力电性能的影响

通过镍的添加来改善铜与石墨烯之间较差的界面结合性能,从而提高铜基石墨烯复合材料的力学和电学性能。本实验采用放电等离子(SPS)烧结技术制备了石墨烯含量为0.2%(质量分数,下同),镍含量分别为1.0%,1.5%和2.0%的镍掺杂石墨烯/铜(G-Cu/Ni)复合材料。利用拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等表征手段,对镍掺杂石墨烯/铜(G-Cu/Ni)复合粉末的形貌和石墨烯的结构进行了研究,揭示了不同镍含量对铜基石墨烯复合材料力电性能的影响。结果表明:随着镍含量的增加,复合材料的硬度随之增加,屈服强度先升高后降低;其电学性能随着镍含量的增加而逐渐降低。当镍含量为1.0%时,复合材料的力学和电学性能达到较好的配合:复合材料的屈服强度为320.3 MPa(相对于未添加镍的石墨烯/铜复合材料而言提高了31.08%),电导率为45.72 MS·m~(-1),其电导率百分值(IACS)高达80.21%。     

热挤压石墨烯/Al基复合材料的组织及性能研究

随着科技的不断发展，为满足军工、航空航天、汽车、电子工业等对铝合金的性能提出的更高的性能、功能及结构等需求，Al基复合材料具有高比强度、高比刚度、低密度、低热膨胀系数、高耐磨性，由于其优异的力学性能及良好的可加工性成为该领域的关键新型材料。实验采用粉末冶金技术制备了石墨烯质量分数为1%的石墨烯/Al基复合材料，通过扫描电镜（SEM），高分辨透射电镜（HRTEM）和拉伸试验机表征了烧结态和挤压态石墨烯/Al基复合材料的微观组织，拉伸性能和断口形貌，系统性研究了热挤压前和热挤压后Al基复合材料中石墨烯纳米片的分布状态，进而探明了热挤压工艺对石墨烯/Al基复合材料组织和性能的影响。结果表明：挤压态石墨烯/Al基复合材料的组织均匀致密，缺陷和孔洞数量明显较烧结态大幅降低。超声分散和热挤压工艺有效抑制了石墨烯与Al基体的有害界面反应。挤压态石墨烯/Al基复合材料的抗拉强度和伸长率为161.34 MPa和23.57%，较烧结态（124.41 MPa, 20.78%）分别提高29.7%和13.5%。断口形貌显示烧结态石墨烯/Al基复合材料的断口韧窝小并且浅，撕裂棱光亮，而挤压态石墨烯/Al基复合材料...     

粉末冶金法制备三维(3D)石墨烯增强铜基复合材料的性能

在Cu-5%Sn合金中加入0～0.4%(质量分数)的3D石墨烯作为增强体,采用粉末冶金法制备3D石墨烯/Cu-5%Sn复合材料,并测试材料的密度、电阻率、抗拉强度、冲击强度、布氏硬度和摩擦磨损性能。结果表明:随3D石墨烯含量增加,3D石墨烯/Cu-5%Sn复合材料的密度和抗拉强度减小,电阻率小幅升高,磨耗量增大;受石墨烯含量的影响不大,材料的摩擦因数受石墨烯含量的影响不大,随制动转速增大而减小。3D石墨烯增强体含量为0.4%的复合材料,摩擦因数稳定性最好。当3D石墨烯加入量为0.2%时,冲击强度为32.5 J/cm2,比基体材料Cu-5%Sn合金提高57.0%;当3D石墨烯加入量为0.1%时,复合材料的布氏硬度(HBW)和伸长率分别为122.0和11.52%,比Cu-5%Sn合金提高22.0%和10.5%。复合材料断口形貌为韧窝花样,为典型的韧性断裂。     

镀钨碳纳米管增强铜基复合材料的制备及性能

采用羰基热分解法对多壁碳纳米管表面进行镀钨处理,并以镀钨碳纳米管和电解铜粉为原料,进行机械球磨混粉和放电等离子体烧结,制备了镀钨碳纳米管/铜基复合材料.采用场发射扫描电镜观察了粉体和复合材料的组织形貌,并对复合材料物相进行了X射线衍射分析.探讨了镀钨碳纳米管含量和放电等离子体烧结温度对复合材料致密度、抗拉强度、延伸率和电导率的影响.结果表明,镀钨碳纳米管质量分数为1%和烧结温度为850℃时,复合材料的致密度、抗拉强度和电导率最高.与烧结纯铜相比,复合材料的抗拉强度提高了103.6%,电导率仅降低15.9%.      

原位合成低含量SiC-Cu复合材料的导电和拉伸性能研究

以铜粉、硅粉和石墨粉为原料, 采用高能球磨和等离子烧结技术, 原位合成了SiC–Cu复合材料。为研究SiC质量分数对复合材料导电和抗拉性能的影响, 利用场发射扫描电子显微镜(field-emission scanning electron microscope, FESEM)和能谱仪(energy disperse spectroscopy, EDS)表征SiC–Cu复合材料的相组成及断口显微组织形貌, 并对其电导率和抗拉强度进行测试。结果表明, 采用原位反应烧结可以成功制备出SiC–Cu复合材料; 当SiC理论质量分数低于1%时, SiC–Cu复合材料的电导率随SiC理论质量分数的增加逐渐下降, 电导率最大值为70.2%IACS; 同样条件下, SiC–Cu复合材料的抗拉强度呈先升高后降低的趋势, 在SiC理论质量分数为0.3%时, 抗拉强度有极值, 极值为207.4 MPa。     

微波烧结温度对CNTs/Cu复合材料结构和性能的影响

结合液相混合方法、微波烧结技术和冷轧技术制备碳纳米管增强铜基（carbon nanotubes reinforced copper-matrix,CNTs/Cu）复合材料,研究不同烧结温度对于CNTs/Cu复合材料微观形貌、力学性能及物理性能的影响。结果表明,采用液相混合法制备出粒径为200~500 nm、碳纳米管质量分数为0.5%的CNTs/Cu复合粉体,碳纳米管均匀分散在铜颗粒中,并与之形成良好结合界面。CNTs/Cu复合材料的相对密度、硬度、电导率随着烧结温度的升高先增大后减小,在烧结温度为1000℃时达到最佳。制备的碳纳米管质量分数为0.5%的CNTs/Cu复合材料组织均匀、孔隙数量及尺寸较少,相对密度为95.79%,硬度为HV 80.9,电导率为81.8% IACS。经冷轧处理后,CNTs/Cu复合材料拉伸强度达到218 MPa,延伸率保持37.75%。由此可见,微波烧结技术是一种制备高性能CNTs/Cu复合材料的理想方法。     

挤压致密超细WC/纳米Al2O3弥散强化铜基复合材料的组织性能研究

以纳米Al₂O₃颗粒、超细WC粉末、工业纯Cu粉末为原料, 通过热挤压致密获得了超细WC/纳米Al₂O₃弥散强化铜基(WC-Al₂O₃/Cu)复合材料, 研究了挤压态WC-Al₂O₃/Cu复合材料的微观组织及力学性能。结果表明: 成分为5% WC-2% Al₂O₃/Cu和10% WC-2% Al₂O₃/Cu (质量分数)的两种原料粉末, 经机械球磨、冷压、真空烧结和热挤压后, 其相对密度均达到了99%以上, 超细WC和纳米Al₂O₃强化相颗粒呈均匀弥散分布, 具有很好的导电性及力学性能; 其中, 5% WC-2% Al₂O₃/Cu复合材料的综合性能更佳, 其抗拉强度达到235.06 MPa, 延伸率为15.47%, 导电率可达85.28% IACS, 软化温度不低于900℃。     

石墨的铜包覆量对自润滑材料的性能影响

采用粉末冶金方法,选取铜质量分数分别为30%和60%的铜包石墨与铜粉制备铜基石墨自润滑材料,并对不同包覆量的石墨制备的固体自润滑材料的性能进行分析。结果表明,铜包覆量为30%的石墨制成的固体自润滑材料在20N载荷下的最小摩擦因数为0.13,对应的抗压强度为192 MPa,力学性能和摩擦磨损性能好;选用包覆含量为30%的铜包石墨可以与铜粉制成减摩润滑效果好且力学性能优的固体自润滑材料。     

纳米AlN颗粒弥散增强铜基复合材料的制备及性能研究

本文采用高能球磨结合放电等离子烧结法制备了含不同质量分数AlN的AlN/Cu复合材料。研究了AlN质量分数对AlN/Cu复合材料微观形貌、相对密度、显微维氏硬度、拉伸强度、延伸率及导电性能的影响。结果表明:当AlN质量分数1.0%时,随着AlN质量分数的提高,复合材料的硬度、抗拉强度提高,断后伸长率、电导率降低。但当AlN质量分数为1.0%时,AlN/Cu复合材料相对密度为97.8%,显微硬度和抗拉强度分别达到了HV 119.5和259.7 MPa,电导率为49.30 mS·m~(-1),综合性能达到最优。     

机械合金化制备SiC弥散强化铜基复合材料

用机械合金化(MA)制备了一种以SiC为增强相的Cu／sic复合材料,研究了机械合金化过程中SIC颗粒形貌、尺寸的变化,以及增强相的含量对复合材料抗拉强度、硬度、相对电导率及显微结构的影响。结果表明,Sic对于铜是一种有效的增强相,当SiC的质量百分含量为1％时,强化效果较佳,抗拉强度可达391MPa,相对电导率为50．2％,性能较优。     

水热法和氢气还原法制备纳米Mo–40Cu复合粉末及其烧结性能研究

结合水热法和氢气还原法制备纳米Mo–40Cu复合粉末,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电镜等手段研究了氢气气氛下烧结工艺对Mo–40Cu复合材料组织和力学性能的影响。结果表明,最佳制粉工艺为水热温度400 ℃和氢气还原温度700 ℃,获得了均匀的Mo–40Cu复合粉末,粉末粒径为70~90 nm;在氢气气氛下最佳烧结工艺为1300 ℃保温2 h,合金的相对密度、抗弯强度、硬度、电导率和热导率分别为98.1%、1060 MPa、HRA 51、20.8 MS·m-1和191.7 W·m-1·K-1,热膨胀系数在500~700 ℃约为10.8×10-6 K-1,合金中组织均匀,晶粒细小,尺寸约为3~4 μm。     

粉末冶金铜铁合金的组织与性能

分别以元素混合粉、机械合金化粉和水气联合雾化合金粉为原料,结合冷等静压成形、烧结及轧制工艺制备了Cu?5％Fe合金(质量分数),对比了三种原料粉的铜铁合金粉末形貌、微观组织、力学性能及物理性能.结果表明,铁颗粒分布均匀,元素混合、机械合金化和水气联合雾化法粉末烧结体中铁颗粒平均尺寸分别为9.4μm、1.2μm、3.5μ...     

球磨时间对RGO-Ni/Cu粉体形貌及复合材料性能的影响

为了有效改善球磨过程中石墨烯结构被破坏的问题,采用静电自组装、球磨与粉末冶金相结合的工艺制备还原氧化石墨烯-镍/铜（RGO-Ni/Cu）复合材料,并分析了球磨时间对RGO-Ni/Cu粉体形貌及RGO-Ni/Cu复合材料的显微组织、电导率、硬度和耐磨性能的影响。结果表明,随球磨时间增加,RGO-Ni/Cu复合粉体的形貌由团聚状转变为片层状再转变为碎片状,同时仍保留了自组装RGO-Ni粉体的二维褶皱状形貌。随着球磨时间的延长,RGO-Ni相在RGO-Ni/Cu复合材料中的分布形式由团块状分布逐渐转变为条状分布。球磨时间为4 h时RGO-Ni/Cu复合材料的综合性能最好,摩擦因数(COF)为0.456,RGO-Ni/Cu复合材料的磨损机制与石墨烯润滑膜的形成程度有关,且石墨烯润滑膜的形成受RGO-Ni/Cu复合材料相对密度的影响。