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孕育块铸造法制备碳纳米管增强镁基复合材料的工艺特点

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:复合材料中碳纳米管的分散性和碳纳米管作为增强相与镁基体的界面结合强弱是制备碳纳米管增强镁基复合材料的两大主要问题。因此,探索一种经济有效的碳纳米管增强镁基复合材料制备工艺,对实现碳纳米管增强镁基复合材料的工业化应用具有非常重要的意义。针对以上碳纳米管增强镁基复合材料在熔炼铸造制备过程中存在的这些问题,在本文实验工艺中都做了相应的改善处理。

孕育块铸造法制备碳纳米管增强镁基复合材料的工艺特点

经国内外大量科技人员的不断研究,目前各种碳纳米管增强镁基复合材料的制备工艺日趋成熟[101],但主要还是集中在搅拌铸造法和粉末冶金法。复合材料中碳纳米管的分散性和碳纳米管作为增强相与镁基体的界面结合强弱是制备碳纳米管增强镁基复合材料的两大主要问题。因此,探索一种经济有效的碳纳米管增强镁基复合材料制备工艺,对实现碳纳米管增强镁基复合材料的工业化应用具有非常重要的意义。

由于碳纳米管密度小(仅约为2.1g/cm3),比表面积大,而且与镁合金熔体润湿性较差,在熔炼时如果直接将碳纳米管加入镁合金熔体中,碳纳米管很容易团聚上浮,因此难以有效将碳纳米管均匀分散到镁合金熔体中制成碳纳米管增强镁基复合材料。

针对以上碳纳米管增强镁基复合材料在熔炼铸造制备过程中存在的这些问题,在本文实验工艺中都做了相应的改善处理。首先,通过对碳纳米管表面化学包覆镍处理后能增加碳纳米管与镁合金的界面结合强度。这是因为镍原子在镁合金熔体中易与镁原子形成MgNi2化合物[46],经过表面化学包覆镍处理后的碳纳米管与镁合金基体之间具有良好的润湿性,形成连续的高强度界面结合。同时,碳纳米管经表面化学包覆镍处理后,密度会增加,从而可以有效克服碳纳米管因密度过小而在镁合金熔体中容易团聚上浮的困难,改善复合材料中碳纳米管的分散性。(www.xing528.com)

在熔炼过程中,利用钟罩法将预先压制好的Al粉、Zn粉、碳纳米管孕育块压入镁熔体中并缓慢移动搅拌至孕育块完全熔解。随着熔体的旋转和上、下对流运动,碳纳米管将随着孕育块的逐渐熔解不断地分散到镁合金熔体中。将温度选定在接近AZ31合金的液相线温度(约630℃),此时镁合金熔体具有较高的黏度,停止搅拌后,分散了的碳纳米管不易团聚,从而保持了持续分散的状态。此外,氩气与镁不发生化学反应,是一种较理想的保护气体。因此,在熔炼过程中吹氩气保护能把镁合金熔体和大气隔开。

镁属于活泼金属,在大气中极易发生氧化。而在常规浇铸条件下,高温熔体在浇入到模具过程中不可避免地会与大气相接触,使部分熔体发生氧化形成氧化物。这些氧化物在试样中形成夹渣和气孔,将严重影响实验结果。因此,在实验中选择在635~640℃温度下采用真空吸铸制取MWCNTs增强镁基复合材料试样。

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