碳纳米管和石墨烯纳米片复合增强AZ91镁基复合材料组织与力学性能
2020-09-29袁秋红刘勇周国华李庆煜李是捷曾小勤
袁秋红,刘勇,周国华,李庆煜,李是捷,曾小勤
(1.宜春学院 物理科学与工程技术学院,江西 宜春 336000;2.上海交通大学 材料科学与工程学院,上海 200240;3.南昌大学 机电工程学院,南昌 330031)
镁合金复合材料比强度、比刚度高,是汽车轻量化发展的首选材料之一[1—2]。镁合金在室温下的独立滑移系较少,导致其室温塑性和成形性较差,传统的AZ31 和AZ91 等商用变形镁合金已经难以满足日益增长的需求[3],因此,提高传统商业镁合金的性能或开发性能更优异的新型镁合金是促进镁合金进一步工业应用的关键[4]。目前,提高镁合金力学性能的手段较多,可以在镁合金基体中添加土元素,也可以添加SiC[5]、SiO2[6]、碳纤维[3]等力学性能较优异的增强体,制备力学性能较优异的镁合金复合材料。碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)和石墨烯(Graphene nanosheets,GNS)都具有优异力学性能,如弹性模量可达1.1 TP[7]、抗拉强度超过100 GPa[8],被认为是制备高性能镁基复合材料理想的增强体[9—10]。在镁合金基体中添加碳纳米管或石墨烯,能有效提高镁合金的强度、塑性等力学性能[11]。碳纳米管是一维结构特征纳米碳材料,由于比表面积和长径比大,导致其极容易团聚,而难以均匀分散到镁基体中[12]。石墨烯则是具有二维结构特征的纳米碳材料,因比表面积大,同样存在分散难的瓶颈问题[13]。
为解决纳米碳材料(碳纳米管/石墨烯)在金属基体中分散难的瓶颈问题,目前研究者们首先从复合材料制备工艺上进行创新,开发新的制备工艺。如Kim 等[14]采用球磨技术,将石墨烯纳米片与铜粉球磨分散均匀后,再通过轧制成形进一步改善了石墨烯纳米片在铜基体中的分散性,复合材料力学性能提高显著。……
