碳纳米管增强开孔铝基复合泡沫的疲劳性能

采用原位化学气相沉积、短时球磨和填加造孔剂法相结合的工艺制备了碳纳米管(CNTs)/Al复合泡沫,研究了其在压缩-压缩循环载荷下的力学性能及失效机制。结果表明,CNTs/Al复合泡沫的应变-循环次数曲线经历线弹性、应变硬化及应变快速增长三个阶段。不同于泡沫铝的逐层坍塌变形失效模式,CNTs/Al复合泡沫疲劳失效的主要原因是大量剪切变形带的形成,试样出现快速的塑性变形。此外,CNTs含量为2.5wt%、孔隙率为60%的复合泡沫试样的疲劳强度相比于泡沫铝提高了92%。CNTs的均匀分布及增强相与基体材料之间良好的界面结合性保证了疲劳载荷能够以剪切力的形式从基体传递到CNTs上,使其充分发挥自身高强度、高韧性的特点,进而提高了疲劳性能。      

泡沫铝疲劳性能研究进展

泡沫铝因其出色的力学、电学、热力学性能而被人们广泛关注和应用.目前,对泡沫铝的研究主要集中在准静态以及高应变率单轴压缩性能上.然而,随着泡沫铝应用环境的复杂化,其在服役过程中承受循环载荷的情况不可避免.因此,充分了解泡沫铝的疲劳性能以及承受循环加载时的失效机理对其在工程中的进一步应用具有重大意义.根据疲劳试验时加载方式的不同,可将泡沫铝的疲劳分为压?压疲劳、拉伸疲劳两种.由于泡沫铝内部结构不规则,试样个体间差异较大,其疲劳性能离散性明显,因此对疲劳寿命、疲劳强度等参数的定义方式也不尽相同.此外,学者们针对泡沫铝疲劳性能的影响因素展开了一系列研究,并取得了一定成果.目前被广泛认可的泡沫铝疲劳性能的影响因素包括:泡孔结构与形貌、试样尺寸、基体与增强相材料以及热处理等,深入了解影响疲劳性能的因素有助于提高泡沫铝在复杂应用环境下的疲劳寿命与疲劳强度.由于试样结构与研究方法的局限性,目前对于泡沫铝疲劳失效机制的分析尚未得出统一结论,针对其疲劳裂纹扩展方式的研究报道相对较少.研究者们多从疲劳应变?循环次数曲线及内部缺陷等方面入手来分析泡沫铝的失效机理.本文综合分析国内外文献并结合笔者课题组工作,针对泡沫铝疲劳性能研究中的一些关键问题进行了论述.重点介绍了压?压疲劳、拉伸疲劳两种不同疲劳载荷加载方式下泡沫铝的疲劳性能,包括疲劳寿命、疲劳强度以及应力水平等参数的定义方式;讨论了不同因素对泡沫铝疲劳性能的影响,提出通过减小泡孔尺寸和优化泡孔结构均匀性等方法来改善其疲劳性能.此外,从宏观、微观角度出发,对泡沫铝的疲劳失效机理进行了分析讨论.