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长风相伴金虫 (正式写手)
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本文以多壁碳纳米管（Multi-walled Carbon Nanotubes，MWCNTs）为增强体，采用多道次搅拌摩擦加工（Friction Stir Processing，FSP）的方法制备了高体积分数多壁碳纳米管增强AZ80镁基复合材料。在保证复合材料性能良好的前提下，尽可能多的往基体中加入碳纳米管，以达到复合材料密度的最小化。重点研究了在最高碳纳米管添加量下，不同加工道次对复合材料的成形、微观组织的演变及力学性能的影响，并探索制备轻质高强复合材料的加工工艺，为早日实现运用搅拌摩擦加工技术大批量生产复合材料提供实践基础和理论依据。主要研究结果如下： 采用FSP方法成功实现了高体积分数MWCNTs/Mg复合材料的制备。在进行多组加工参数试验后，得出了适合利用“开槽法”添加CNTs制备高体积分数复合材料的加工参数：1~3道次加工选用搅拌头转速300r/min、加工速度23.5mm/min为宜，4~7道次加工选用搅拌头转速950r/min、加工速度23.5mm/min为宜。 试验采用经3、5、7道次FSP的方法制备复合材料。经3道次FSP后复合材料的CNTs体积分数可达19.5%，随着加工道次的增加，复合区面积增大，CNTs体积分数随之降低。经3道次FSP后，CNTs与镁基体未能充分混合，在复合区内形成了凌乱分层的“洋葱环”形貌，组织不均匀，但其显微硬度最高，平均显微硬度为121.1HV，为母材的1.7倍，而抗拉强度最低，平均抗拉强度仅为母材的28%；经5道次FSP后，复合区内形成了均匀清晰的洋葱环形貌，由搅拌区中心向四周扩散且距中心越远其间距越小，显微硬度明显下降，平均显微硬度为102.1HV，抗拉强度最高为340.6Mpa，平均抗拉强度为母材的98%；经7道次FSP后，洋葱环间距继续缩小，洋葱环形貌变得模糊，显微硬度和抗拉强度均比5道次加工略低，但组织最为均匀。 SEM观察表明：经3、5、7道次FSP后，在复合材料的拉伸断口表面均观察到CNTs的脱粘和拔出，CNTs在复合材料中起着桥连基体的作用；此外，各道次断口表面均存在CNTs的团聚簇；其中，3道次加工后的断口表面团聚现象最严重，CNTs团聚簇面积最大，与基体结合面之间存在较大缝隙，但随着加工道次的增加，CNTs团聚簇面积和与基体结合面间的缝隙明显减小。随着加工道次的增加，断口处被拔出的CNTs长度逐渐缩短，CNTs在基体中的桥接作用增强，与基体的结合力逐渐增大。 TEM观察显示：经3道次FSP后，CNTs在基体中大量缠结，复合材料组织不均匀，界面结合力差，且存在一定缺陷；经5道次FSP后，CNTs在基体中分布较均匀，与镁基体以半共格的晶面形式相接，界面结合较为紧密，且组织晶粒细化；经7道次FSP后，在复合材料内发现了平均晶粒尺寸仅为5nm的超细纳米晶，晶粒得到极大程度的细化，并发现有少量Al4C3相生成，Al4C3相与镁基体以完全共格的的晶面形式相接，界面结合紧密。 |
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