碳纳米管增强铸造镁基复合材料制备与增强机理研究

本章采用碳纳米管孕育块铸造法制备了不同碳纳米管加入量的MWCNTs增强镁基复合材料，通过对铸态MWCNTs增强镁基复合材料的显微组织分析、室温力学性能测试、拉伸断口形貌分析以及碳纳米管增强镁复合材料的增强机理分析。得出以下主要结论：

1）碳纳米管作为外来形核剂能明显细化AZ31合金的晶粒组织，而且主要分布于β-Al₁₂Mg₁₇离异共晶体与二次β-Al₁₂Mg₁₇相中，对复合材料的晶界起到强化的作用。复合材料中随着碳纳米管的加入，晶粒细化明显，加入量越多，晶粒越细小。实验中当碳纳米管加入量达到1.5wt％时，复合材料晶粒的平均等效直径由AZ31合金的123μm减小到43μm。

2）MWCNTs增强镁基复合材料的铸态组织中，碳纳米管作为纳米纤维分布在晶界处起搭接晶粒的作用，但复合材料中碳纳米管加入量过多，则容易在晶界处形成团聚，这将影响复合增强效果。(www.xing528.com)

3）随着碳纳米管的加入，复合材料的室温综合力学性能得到显著提高。当碳纳米管加入量为1.0wt％时，MWCNTs增强镁基复合材料铸态试样的抗拉强度、延伸率和显微硬度同时出现峰值，使复合材料获得高强度时还能获得更高的延伸率。但是纳米材料具有较强的表面效应，碳纳米管的过量加入容易导致其大量团聚，形成微观空隙的生成源，从而影响复合效果，导致复合材料的力学性能降低。而弹性模量随着碳纳米管的含量增加也得到明显提高，当碳纳米管加入量达到1.5wt％时，复合材料的弹性模量达到68.32GPa，比AZ31合金提高近56.45％。

4）碳纳米管的加入使MWCNTs增强镁基复合材料的断裂韧性得到加强、力学性能提高，其断口形貌转向准解理断裂，表现出韧性断裂的特征。复合材料中碳纳米管呈网状分布于AZ31基体组织中，在复合材料拉伸变形时承载了较大的变形抗力，导致碳纳米管的一端从基体中抽出，而另一端仍镶嵌于基体中，表现出很好的分散性和良好的界面结合效果，但当复合材料中碳纳米管加入量过多时，则极易形成团聚，从而降低复合材料的综合力学性能。