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%。     

粉末冶金法制备SiCp/Cu复合材料及组织性能研究

以高纯SiC粉、Cu粉为原料,通过机械球磨、真空热压烧结制备SiC颗粒弥散强化铜基(SiCp/Cu)复合材料。采用SEM、XRD等方法,研究了球磨粉末形貌、粒度及成分均匀性的变化规律,同时研究了真空热压烧结SiCp/Cu复合材料微观组织、力学性能和物理性能。结果表明:球磨转速为250 r/min、球料比为10:1(质量比)时,球磨10 h获得的SiC/Cu复合粉末成分均匀,无团聚现象;真空热压烧结复合材料的相对密度达到92%以上,SiC颗粒均匀弥散分布,具有很好的力学性能和导热导电性能;其中,烧结温度850℃、保温1 h制备的材料综合性能更佳,致密度达到96.2%,热导率为221.346 W/(m·K),电导率为65.3%IACS,抗压强度为467.46 MPa,断裂应变可达20.87%。     

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。     

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.      

铜与氧化石墨烯协同增强钛基复合材料显微组织及性能研究

通过放电等离子烧结(SPS)技术制备铜(Cu)和氧化石墨烯(GO)协同增强的钛基复合材料(GO/Cu/TA1),研究了氧化石墨烯和Cu元素对钛基复合材料组织、硬度及拉伸性能的影响。结果表明：GO/Cu/TA1复合材料晶内析出金属间化合物Ti₂Cu相,晶界处存在非连续分布的TiC颗粒。复合材料的抗拉强度和屈服强度较TA1纯钛分别提高了66%和82%,显微硬度提升了58.4%,且延伸率保持在15%左右。硬度及强度的提升归因于晶界处分布的TiC颗粒与晶内析出的金属间化合物Ti₂Cu相的协同强化作用。     

石墨烯含量对铝基复合材料微观组织和力学性能的影响

通过机械混合、低温球磨结合热挤压工艺制备了石墨烯增强铝基复合材料。通过透射电子显微镜(TEM)、能谱分析(EDS)和室温拉伸力学性能测试等手段,对石墨烯纳米片添加量对铝基复合材料微观组织和力学性能的影响进行了研究。研究结果表明,当石墨烯添加量为0.5%(质量分数),石墨烯基体沿着纳米晶铝的晶界均匀分布,石墨烯/铝界面结合良好。当石墨烯含量大于1.0%时,石墨烯在铝基体中分散性变差,容易团聚形成夹杂,使得石墨烯/铝界面结合变差。铝基复合材料的强度随着石墨烯添加量的增大先升高后降低。当石墨烯添加量为1.0%时,复合材料的强度达到最大值(抗拉248 MPa),与未添加石墨烯的纯铝相比,抗拉强度提高了68.7%。石墨烯增强铝基复合材料的塑性随着石墨烯添加量的增大,先保持不变而后急剧下降。当石墨烯添加量为0.5%,复合材料塑性与纯铝塑性相当。当石墨烯添加量为1.0%,延伸率为8.3%,此时材料的强韧性匹配度较好。     

三维石墨烯/铜基复合材料的制备及耐腐蚀性能研究

在实际应用中,铜基复合材料经常存在腐蚀失效的现象,而石墨烯以其独特的结构显示出卓越的耐腐蚀性能。为了改善铜基复合材料的耐腐蚀性能,设计并烧结制备了三维石墨烯/铜基复合材料。研究表明,在三维石墨烯/铜基复合材料中,石墨烯形成三维互联互通结构,充分发挥了对铜基体的保护作用。与孔隙铜相比,在质量分数为3.5%NaCl溶液中,三维石墨烯/铜基复合材料的腐蚀速率降低了约50%。石墨烯在金属防腐蚀领域将得到更加广阔的应用。通过研究三维石墨烯/铜基复合材料在FeCl_3溶液中的腐蚀行为,进一步揭示了三维石墨烯的耐腐蚀机理。     

纳米二氧化钛/石墨烯复合材料制备及其光催化性能研究

采用水热法制备纳米TiO_2/石墨烯复合材料,并研究了纳米TiO_2/石墨烯复合材料光催化性能的影响因素。通过XRD、UV-Vis、SEM和EDS等手段对样品进行了表征与分析,以亚甲基蓝(MB)为目标降解物,评价了纳米TiO_2/石墨烯复合材料的光催化效果。研究表明复合材料结晶良好,带隙小,在可见光下具有较好的光催化性能。水热时间、水热温度和氧化石墨烯含量对复合材料的光催化性能均产生影响。样品的光催化活性随着水热时间和氧化石墨烯含量的增加而增高;随水热温度的升高先增高后降低然后又增高。在水热时间为10 h,水热温度120℃,石墨烯含量为5%的条件下制备出的纳米TiO2/石墨烯复合材料光催化性能最好,复合材料粉末在5 h内对亚甲基蓝的降解率高达86.99%。     

铜包覆石墨烯增强316L奥氏体不锈钢力学性能研究

采用分子水平混合和低速球磨的方法制备铜包裹石墨烯/316 L不锈钢复合粉体,通过放电等离子烧结制备石墨烯增强316 L奥氏体不锈钢复合材料,研究铜及石墨烯对复合材料密度、硬度和拉伸性能的影响,并对拉伸断口形貌进行了分析.结果表明:通过分子混合和球磨混合可制备铜包裹石墨烯与不锈钢均匀混合的复合粉体.烧结过程石墨烯结构保持完整.铜包裹石墨烯增强体可明显改善烧结不锈钢复合材料的密度、硬度、抗拉强度和屈服强度,使其分别提高3.6%、17.4%、35.8%和34.5%.     

石墨烯化学镀铜及其对石墨烯/铜基复合材料组织性能的影响

以还原氧化石墨烯（reduced graphene oxide,RGO）和CuSO₄·5H₂O为主要原料,通过化学镀法得到铜包覆RGO复合粉体,再与铜粉混合得到含有不同质量分数RGO（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%）的RGO/Cu粉末混合料,经压制及烧结得到RGO/Cu复合材料。通过X射线衍射仪（X-ray diffraction,XRD）、拉曼光谱仪（Raman spectroscopy,RS）和场发射扫描电镜（field emission scanning electron microscope,FESEM）等对RGO/Cu复合材料的微观组织和相关性能进行测试分析,并与由未镀铜处理的RGO所制备的RGO/Cu复合材料的组织性能进行对比。结果表明,经化学镀处理的RGO在RGO/Cu复合材料中分布较均匀,而未镀铜处理的RGO在基体中发生明显的团聚。RGO/Cu复合材料的导电导热性随石墨烯加入量的增加有所下降,但石墨烯的加入可有效提高RGO/Cu复合材料的力学性能,且由镀铜RGO所制备的RGO/Cu复合材料的性能要优于由未处理RGO所制备的RGO/Cu复合材料的性能。此外,RGO加入量对复合材料性能也有明显影响,当添加RGO质量分数为0.4%时,由镀铜RGO所制备的RGO/Cu复合材料的综合性能达到最好,其电导率达95.01% IACS,热导率达415.5W·（m·K）-1,而压缩屈服强度和抗拉强度分别为156.73 MPa和268.62 MPa,较相同工艺条件制备的纯铜的屈服强度（75 MPa）和抗拉强度（234.64 MPa）提升了109%和14.48%。     

微波烧结碳纳米管增强铜基复合材料的显微组织与力学性能

通过微波烧结与轧制相结合,制备碳纳米管(carbon nanotube,CNTs)增强铜基复合材料(CNTs/Cu),对该材料的显微组织、致密度、硬度和抗拉强度等进行分析与测试,并通过正交试验优化工艺参数。结果表明:CNTs的最佳含量(质量分数)为2.0%,在烧结温度为1 000℃,保温时间为30 min条件下制备的2.0%CNTs/Cu复合材料,CNTs均匀分散在Cu基体中,CNTs与Cu基体结合良好,材料致密度达到98.09%,维氏硬度(HV)为372,屈服强度和抗拉强度分别达到234 MPa和344 MPa,比微波烧结纯铜分别提高18%和24%左右。     

石墨烯增强TC4复合材料的微观组织及力学性能

采用球磨法将石墨烯与TC4预合金粉末混合,通过放电等离子烧结工艺在1 200℃制备了石墨烯/TC4复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪等研究了复合粉末混合前后的形貌和物相结构;采用显微硬度计、Gleeble-3800D热模拟试验机等分析了复合材料的显微硬度和压缩性能。结果表明:通过干法球磨和放电等离子烧结工艺制备的复合材料组织致密,石墨烯与TC4原位生成的TiC在晶界处析出,提高了复合材料的力学性能。复合材料的室温压缩强度和屈服强度,相对于基体分别提高了17.03%和12.5%;硬度和延伸率分别提高了18.2%和60%。石墨烯的加入使得TC4基体晶粒细化,同时与基体反应生成了TiC颗粒,对基体产生了强化效果。     

机械合金化制备铜碳合金增强铜-石墨复合材料

通过机械合金化制备Cu-5 ％C合金粉,并采用粉末冶金工艺制备铜碳合金增强铜-石墨复合材料即Cu-(Cu-5％C)-C,研究了制粉工艺和Cu-5％C合金粉对该复合材料显微组织及物理性能的影响.结果表明:随着球磨时间的增加,合金粉中铜的晶格常数先增大后减小,衍射峰强度不断降低,半高宽逐渐增大;球磨40 h后合金粉中的石墨衍射峰消失,再经400℃退火3h则球磨产生的次生相Cu2O衍射峰消失,且石墨峰未复现.当石墨含量为4％,合金碳含量不超过1.5％时,Cu-(Cu-5 ％C)-C复合材料试样的电导率均达61％ IACS以上;当合金碳含量为1.0％时,复合材料的屈服强度显著提高;当合金碳含量达到1.5％时,复合材料中的合金相严重分解,其增强效果大为减弱.     

石墨烯含量对铜基复合材料硬度与导电率的影响

采用粉末冶金法制备石墨烯铜基(Gr/Cu)复合材料,使用十二烷基硫酸钠(SDS)作为分散剂,研究石墨烯含量对复合材料显微硬度和导电率的影响,从而确定石墨烯在铜基体中的最优含量来获得高硬度、高导电率的石墨烯铜基复合材料.结果表明:石墨烯在复合材料中分布均匀.添加石墨烯后,铜基体的硬度增大,而导电率降低.石墨烯含量为0.5...     

时效制度对工业规格喷射成形7055铝合金组织和性能的影响

采用全自动控制往复喷射成形工艺制备大规格7055铝合金锭坯。锭坯经热挤压和双级固溶处理后,在不同时效工艺条件下进行双时效处理,测定时效态合金的抗拉强度(σb)、屈服强度(σ0.2)、伸长率(δ)、硬度(HRB)和电导率(γ),并观察其微观组织,研究时效制度对合金组织和性能的影响,并与120℃/24 h单级时效的合金样品进行性能对比。结果表明,锭坯经120℃/24 h时效处理后获得最高强度,抗拉强度(σb)高达725 MPa,屈服强度(σ0.2)为685 MPa,伸长率(δ)10.0%,硬度为96 HRB,电导率为30%IACS;双级时效后获得较好的塑性和抗应力腐蚀能力,但强度较低,且随着二级时效温度升高和时效时间延长,合金强度下降,伸长率增加,电导率提高。通过对正交实验结果进行分析,确定最佳双级时效处理工艺为:120℃/8 h+170℃/8 h,其综合性能最佳,σb、σ0.2和δ分别达到659 MPa、630 MPa和11.7%,硬度和电导率分别为95 HRB和39%IACS。与单级时效处理相比,电导率提高30%,抗应力腐蚀性能显著改善。     

高能球磨时间对纯钼微观组织与力学性能的影响

采用“高能球磨+热压烧结法”制备出经过不同时间(0 h, 15 h, 30 h)高能球磨处理的纯钼块体材料。对比分析高能球磨时间对纯钼烧结后的微观组织与力学性能的影响规律,结果表明,与未经过高能球磨处理的纯钼相比,高能球磨15 h后的纯钼材料晶粒尺寸显著减小,其室温压缩屈服强度从365 MPa提高至622 MPa,维氏硬度从168 HV10提高至188 HV10。当球磨时间从15 h增至30 h,纯钼的晶粒尺寸增大,且晶粒尺寸分布不均匀,其室温压缩屈服强度与维氏硬度均降低。     

化学机械合金化方法制备Cu-Nb系氧化物强化合金

本文研究了化学机械合金化的方法在制备高强高导铜合金中的可行性及其粉末样品在制备过程中的演化过程。使用SPEX8000高能球磨机制备了粉末样品,之后采用真空封管将样品进行高温退火,利用X射线衍射(XRD)分析了不同球磨时间下粉末中的物相,固溶度和晶格常数的变化,采用扫描透射电镜(STEM)进行了微观组织观察,确定了析出物的形态、分布及大小,并且对Nb氧化物析出物进行了粒径统计。研究结果表明:通过两步球磨的化学机械合金化方法可以制备出含有Nb的氧化物析出物的ODS铜合金。部分Nb在第一步球磨时固溶在铜基体中,其余形成析出物,它们在第二步时都被CuO氧化,其中固溶在铜基体中的Nb元素迅速被氧化消耗,导致了基体Cu的晶格常数相应变小。退火处理后,通过XRD衍射峰位置和STEM观察结果判断最终氧化析出物为NbO₂;对析出物的粒径统计后发现,基体中的析出物平均尺寸分别为500℃的15.6 nm和700℃的23.6 nm;析出物在同样退火时间下,随温度增大,尺寸增长很小,说明材料的热稳定性较好。     

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。     

烧结温度对放电等离子烧结（SPS）制备氧化石墨烯/2024Al复合材料的微观组织和性能影响

以氧化石墨烯（Graphene Oxide）和2024Al粉末为原料，通过静电自组装+放电等离子烧结（SPS）的工艺，制备了含不同质量分数氧化石墨烯和不同烧结温度的氧化石墨烯/2024Al复合材料，并对烧结后材料的微观形貌和力学性能进行表征和测试。结果表明：复合粉体中氧化石墨烯均匀分布，包覆在Al颗粒表面。550℃烧结温度下含0.5%、1%和2%氧化石墨烯（GO）复合材料的压缩强度先提高后降低，分别提高到428.02 MPa和540 MPa，相比于基体提高了12.5%和42%     

铜基石墨烯复合材料的制备及性能研究

为了解决铜的硬度等力学性能差的问题,设计了用泡沫铜为基底和催化剂,通过化学气相沉积(CVD)法制备分布均匀的Cu/3DGNs复合材料.经电火花放电等离子烧结(SPS)制备成高强高导的铜基石墨烯复合材料,在保留铜基体优异的导电、导热等性能的同时提高其力学性能.结果表明,采用硝酸清洗,800℃退火30min,反应气体(H_2/Ar/0.95%C_2H_4-Ar混合气体)流量比为80∶4 000∶5sccm,生长温度为1 000℃、生长时间为10s时,制备的石墨烯表面平整、层数较少、覆盖率高、几乎没有缺陷,石墨烯的形貌最佳;采用600℃的烧结温度、25kN的烧结压力、100℃/min的升温速率梯度烧结,制备出的铜基石墨烯复合材料最为致密,性能最优.