Анализ микроструктуры, трибокорреляционные свойства и механизм упрочнения композитов с алюминиевой матрицей, армированных графеном

Dec 03, 2023

Том 12 научных докладов, номер статьи: 9561 (2022 г.) Цитировать эту статью

893 Доступа

2 цитаты

Подробности о метриках

В этой статье композиты с алюминиевой матрицей, армированные графеном, успешно получены методом высокоэнергетического шарового измельчения. Результаты показывают, что в смешанном порошке не обнаружено агломераций графена. Сложные композиты, полученные методами высокоэнергетической шаровой мельницы и порошковой металлургии, содержат примерно 4–5 слоев графена, а толщина однослойного графена составляет примерно 0,334 нм. Окончательные результаты эксперимента подтверждают образование в микроструктуре соединения AlC3, индекс дифракционного пятна которого равен (\(\overline{2 }\)00), (\(\overline{1 }\)1\(\overline{1 }\)) и (11\(\overline{1 }\)). Максимальный коэффициент трения составляет 0,126, а средний коэффициент трения — 0,027, что свидетельствует о хорошей износостойкости и коррозионной стойкости. Кроме того, глубоко анализируется механизм фрикционной коррозии материала. Результаты анализа механизма упрочнения показывают, что основным механизмом упрочнения материалов, разработанных в этом эксперименте, является термическое упрочнение. Можно сделать вывод, что предел текучести материала, рассчитанный по модифицированной модели, составляет 227,75 МПа. Это значение несколько ниже расчетного значения общей модели сдвигового лага (237,68 МПа). Однако оно ближе к значению предела текучести реального материала (211 МПа).

Композиты с алюминиевой матрицей широко используются во многих областях, таких как аэрокосмическая, автомобильная, военная и электронная упаковка, благодаря их превосходным свойствам1,2. Постепенно совершенствуется технология получения такого рода металлокомпозитов, включающая литье с перемешиванием, выщелачивание под давлением, перемешивание трением и порошковую металлургию3. Подход к упрочнению композитов с алюминиевой матрицей заключается в том, чтобы каким-то образом добавить в матрицу прерывистую твердую фазу. Несколько популярных фаз упрочнения включают керамические частицы, нитевидные кристаллы, короткое волокно и т. д.4. Добавление твердой фазы для улучшения свойств композитов с алюминиевой матрицей привлекает все больше внимания. Поэтому большое значение имеет изучение композитов с алюминиевой матрицей, улучшенных твердой фазой.

С развитием технологий постоянно исследуются новые этапы армирования, чтобы удовлетворить потребности в материалах в большем количестве областей. Более того, потребность в каком-либо усилении может быть обработана с помощью технологии многомерной обработки для улучшения композита с алюминиевой матрицей. С 2004 года ученые Гейм и Новоселов из Манчестерского университета в Великобритании успешно выделили графен из графита с помощью микромеханического удаления и описали его электронные свойства5. С развитием науки и техники графену отдают предпочтение все большее число исследователей, расширяется и область его применения. В основном это связано с превосходными термоэлектрическими свойствами графена, а также его прочностью на разрыв 130 ГПа. Его модуль Юнга составляет 1 ТПа, и он обладает превосходной стойкостью к деформации6,7. Поэтому графен привлек широкое внимание научного сообщества. Было обнаружено, что графен добавляется не только к металлическим материалам, но и к неметаллическим материалам. Благодаря своему важному влиянию на свойства материалов он широко используется при исследовании и улучшении свойств материалов. Графен играет все более важную роль в области материалов.

Однако графен имеет некоторые ограничения в своем применении. Графен имеет большую удельную поверхность — до 2630 см2/г8, что позволяет графену легко агломерироваться. Если графен распределен в матрице неравномерно, это окажет негативное влияние на свойства материала. С этой целью были опробованы различные подходы для решения проблемы и достижения равномерного распределения графена. Ван и др.9 модифицировали порошок алюминиевых чешуек смешанными нанолистами оксида графена и поливиниловым спиртом для достижения эффективной дисперсии графена в матрице. Композиты успешно получают методами порошковой металлургии и горячей экструзии. Синь Гао и др.10 достигли равномерной адсорбции листов графена на порошке оксида алюминия за счет взаимного притяжения разнородных зарядов. Методом порошковой металлургии были изготовлены алюминиево-матричные композиты, армированные равномерно дисперсным графеном. Некоторые актуальные проблемы и недостатки до сих пор ограничивают его развитие и применение. Например, уменьшить вес изделия и одновременно обеспечить устойчивость к высоким температурам, устойчивость к укусам и износостойкость материала.