【摘 要】
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本文中采用7075Al合金粉为基体,石墨烯、石墨烯/SiC混杂、石墨烯包覆SiC、镀铜石墨烯四种材料作为增强相,通过高能球磨的方法制备了铝合金与增强相的复合粉末,热压烧结成型后,再经过固溶、时效处理的方法,以获得最终的铝基复合材料。首先对7075Al合金和石墨烯增强铝基复合材料进行表征,利用阿基米德排水法测试了样品密度;通过XRD、SEM以及EDS分析,界面之间具有良好的结合且没有Al4C3生成;
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本文中采用7075Al合金粉为基体,石墨烯、石墨烯/SiC混杂、石墨烯包覆SiC、镀铜石墨烯四种材料作为增强相,通过高能球磨的方法制备了铝合金与增强相的复合粉末,热压烧结成型后,再经过固溶、时效处理的方法,以获得最终的铝基复合材料。首先对7075Al合金和石墨烯增强铝基复合材料进行表征,利用阿基米德排水法测试了样品密度;通过XRD、SEM以及EDS分析,界面之间具有良好的结合且没有Al4C3生成;通过对抗拉强度、屈服强度、延伸率以及硬度的测试,发现石墨烯的加入使铝合金基体的性能都有所提高,石墨烯质量分数达到1.0wt%时,较7075Al合金分别提高了60.5%、20.3%、298.2%、30.4%;其中,通过对断口SEM分析,韧窝数量的增加说明了材料塑性发生了改变;摩擦磨损实验表明,石墨烯的加入使基体的摩擦系数以及磨损率降低,粘着磨损及剥层磨损效应逐渐消失,磨损截面积也逐渐缩减。这是因为石墨烯在一定程度上分担了载荷力,并利用自身的润滑作用使摩擦阻力减小,使材料的耐磨性能提升。将石墨烯与SiC按1:1的比例加入到基体中形成混杂增强的复合材料,SiC相的加入使混杂复合材料较石墨烯复合材料的致密度降低,但整体性能得到提升;二者质量分数分别达到0.75wt%时,混杂增强的复合材料性能达到最佳,抗拉强度、屈服强度、延伸率以及硬度分别达到了323.04MPa、201.86MPa、3.75%、142.54HV;其中,通过SEM分析,断口韧窝更为细小,韧性提高;此时的摩擦磨损测试可知,摩擦系数及磨损率再次降低,存在少量粘着磨损,磨损截面积较也较小。这是因为混杂增强相的加入细化了晶粒,晶界增多使得位错运动受阻碍,SiC颗粒的高硬度在一定程度上保护了基体合金不被磨损,从而提高了材料的耐磨性能。利用混杂复合材料的最佳配比参数制备了石墨烯包覆SiC、镀铜石墨烯铝基复合材料。通过对磨损表面SEM和3D显微照片的观察,后制备的两组复合材料的磨损性能更优,SiC与石墨烯经包覆复合后的核壳结构,同时解决了石墨烯及SiC颗粒在前面所存在的问题;镀铜石墨烯增强铝基复合材料则通过其片状结构将作用在表面的应力转为应变的方式释放,同时表面附着的铜颗粒作为滚动轴承可有效减小摩擦过程的摩擦阻力。
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