多壁碳纳米管增强铝基复合材料的高温力学性能.pdf

第４４卷第４期２０１６年４月第２Ｏ一２５页材料工ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ程ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏ１．４４Ｎｏ．４Ａｐｒ．２０１６ＰＰ．２Ｏ一２５多壁碳纳米管增强铝基复合材料的高温力学性能ＨｉｇｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＡｌｕｍｉｎｕｍＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄ—ｂｙＭｕｌｔｉｗａｌｌｅｄＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅｓ刘强，柯黎明，刘奋成，黄春平（１西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安７１００７２；２南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室，南昌３３００６３）———ＬＩＵＱｉａｎｇ，ＫＥＬｉｍｉｎｇ，ＬＩＵＦｅｎｃｈｅｎｇ，ＨＵＡＮＧＣｈｕｎｐｉｎｇ。（１ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ’ＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ；２ＮａｔｉｏｎａｌＤｅｆｅｎｃｅＫｅｙＤｉｓｃｉｐｌｉｎｅＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＬｉｇｈｔＡｌｌｏｙＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮａｎｃｈａｎｇＨａｎｇｋｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００６３，Ｃｈｉｎａ）摘要：采用搅拌摩擦加工技术制备不同含量多壁碳纳米管增强铝基复合材料，并对复合材料高温力学性能进行研究。结果表明：多壁碳纳米管的添加使得铝基体材料微观组织更加细小，并形成了少量纳米晶；铝基体中有较高密度位错，并在局部呈位错缠结状分布。与未添加多壁碳纳米管的铝基体相比，复合材料的高温拉伸强度明显增强，且随着碳纳米管含量的增加，复合材料强度逐渐提高，而高温塑性不断降低，３５０￣Ｃ时，６．６（体积分数）ＭＷＣＮＴｓ／Ａ１复合材料的抗拉强度达到７８ＭＰａ，为未添加多壁碳纳米管铝基材强度的３．９倍；断口分析表明，随着测试温度的提高，韧窝逐渐变小，呈脆性断裂特征。关键词：搅拌摩擦加工；多壁碳纳米管；高温强度；高温塑性—ｄｏｉ：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１４３８１．２０１６．０４．００４中图分类号：ＴＢ３３１文献标识码：Ａ———文章编号：１００１４３８１（２０１６）０４００２００６——Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｌｕｍｉｎｕｍｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｍｕｌｔｉｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏ—ｔｕｂｅｓ（ＭＷＣＮＴｓ）ｗｅｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（ＦＳＰ），ａｎｄｔｈｅｉｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｂｙａｄｄｉｎｇＭＷＣＮＴｓ。ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｂｅｃｏｍｅｓｆｉｎｅｒ，ａｎｄａｓｍａｌｌａｍｏｕｎｔｏｆｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓａｎｄｔａｎｇｌｅｄｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎｓａｒｅｂｒｏｕｇｈｔｉｎｔｏｔｈｅａｌｕｍｉｎｕｍｍａｔｒｉｘ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｌｕｍｉｎｕｍｍａｔｒｉｘ，—ｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓｅｎｈａｎｃｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｔｈｒｏｕｇｈａｄｄｉｎｇＭＷＣＮＴｓ．Ｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｇｒａｄｕａｌｌｙ，ａｓｔｈｅＭＷＣＮＴｓｃｏｎｔｅｎｔｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｏｎｔｈｅｃｏｎｔｒａｒｙ，ｔｈｅｐｌａｓｔｉｃｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｄｅｃｒｅａｓｅｓｃｏｎｓｔａｎｔｌｙ．Ｗｈｅｎｔｈｅｔｅｓｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓ３５ｏ￣Ｃ。ｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆ６．６（ｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎ）ＭＷＣＮＴｓ／Ａ１ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｓｕｐｔｏ７８ＭＰａ，ｗｈｉｃｈ—ｉｓ３．９ｔｉｍｅｓｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｍａｔｒｉｘｗｉｔｈｏｕｔａｄｄｉｎｇＭＷＣＮＴｓ．Ｔｈｅｄｉｍｐｌｅｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆｒａｃｔｕｒｅｇｒａｄｕａｌｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ｅｘｈｉｂｉｔｓｂｒｉｔｔｌｅｆｒａｃｔｕｒｅ，ａｓｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｓ．——Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｍｕｌｔｉｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ；ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｈｉｇｈｔｅｒｎｐｅｒａｔｕｒｅｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ铝及铝合金具有密度小、易加工、耐腐蚀、比刚度高、易回收等优点，在航空、航天、电子、高速列车制造等领域具有广阔的应用前景。然而铝及铝合金的高温性能差，在高温条件下，极易发生软化，作为结构件无法长期使用，极大地限制了其在高温场合下的应用。—多壁碳纳米管（Ｍｕｌｔｉｗａｌ１ｅｄＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅｓ，第４４卷第４期多壁碳纳米管增强铝基复合材料的高温力学性能２５［１５］［１６］［１７］［１８］—ＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１４，（８）：６１６６．ＧＥＯＲＧＥＲ，ＫＡＳＨＹＡＰＫＴ，ＲＡＨＵＬＲ，ｅｔａ１．Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ—ｉｎｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ／ａｌｕｍｉｎｉｕｍ（ＣＮＴ／Ａ１）ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓＦＪ］．Ｓｃｒｉｐ—ｔａＭａｔｅｒｉａｌｉａ，２００５，５３（１０）：１１５９１１６３．李铮，蔡晓兰，周营，等．ＣＮＴｓ／ＡＩＳ０８３复合材料力学性能及增—强机制［Ｊ］．材料工程，２０１５，４３（８）：１６．—ＬＩＺ，ＣＡＩＸＬ，ＺＨＯＵＬ，ｅｔａ１．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄａｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆａｌｕｍｉｎｕｍ５０８３ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５，４３（８）：—１６．——ＣＩＬ。ＲＹＵＺ。ＪＩＮＰＨＩＬＬＩＰＰＮＮＹ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒ—ｆａｃｉａｌｒｅａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｍｕｌｔｉ－．ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓａｎｄａｌｕｍｉ－—ｎｕｍ［－Ｊ＇］．ＡｃｔａＭａｔｅｒｉａｌｉａ，２００６，５４（２０）：５３６７５３７５．张迪，郑锡涛，孙颖，等．三维编织与复合材料力学性能对比试验—［Ｊ１．航空材料学报，２０１５，３５（３）：８９９６．—ＺＨＡＮＧＤ，ＺＨＥＮＧＸＴ，ＳＵＮＹ，ｅｔａ１．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｂｅｔｗｅｅｎ３Ｄｂｒａｉｄｅｄａｎｄｌａｍｉｎａｔｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ￣．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１５，３５（３）：—８９９６．［１９］ＺＨＯＮＧＲ，ＣＯＮＧＨ，ＨＯＵＰ．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆｎａｎｏ－Ａ１ｂａｓｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂｙｓｉｎｇｌｅ－ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．—Ｃａｒｂｏｎ，２００３，４１（４）：８４８８５１．基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１２６５０４３，５１３６４０３７）｝江西省高等学校科技落地计划资助项目（ＫＪＬＤ１３０５５，ＫＪＬＤ１２０７４）；轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室开放基金资助项目（ＧＦ２０１３０１００３）————收稿日期：２０１５０８０６；修订日期：２０１６０１０４通讯作者：柯黎明（１９６１一），男，博士，教授，博士生导师，研究方向：特种连接技术、新材料制备技术，联系地址：江西省南昌市丰和南大道６９６—号南昌航空大学航制学院Ｍ栋（３３００６３），Ｅｍａｉｌ：ｌｉｍｉｎｇ＿ｋｅ＠１２６．ｃｏｒｎ