碳纳米管加入量对复合材料延伸率的影响分析

铸态条件下，碳纳米管的加入量对MWCNTs增强镁基复合材料延伸率的影响如图4.5所示。随着碳纳米管的加入，复合材料的延伸率相对于AZ31合金也显著提高，并在碳纳米管加入量为1.0wt％时，达到峰值8.56％，相比AZ31（5.18％）提高了65.25％。当碳纳米管加入量达到1.5wt％时，复合材料延伸率有所下降（7.33％），但仍高于AZ31合金。

图4.5 碳纳米管加入量对复合材料铸态复合材料延伸率的影响

一般来说，金属基复合材料在加入增强相后，复合材料抗拉强度提高的同时其延伸率会降低。但在本实验中随着碳纳米管的加入，MWCNTs增强镁基复合材料延伸率也得到明显提高，当加入量达到1.5wt％时，仍高于基体AZ31合金延伸率。这是碳纳米管增强镁基复合材料的一个明显特点，即在复合材料获得高强度的同时还能获得更高的延伸率。这是由于在AZ31合金中加入碳纳米管后使其晶粒得以明显细化，抵消了由于加入碳纳米管引起位错变化的影响；另外，碳纳米管增强相加入基体后，材料的断裂方式不同于未增强的基体合金，大量研究表明^[107]，复合材料受载时，容易在增强体与基体界面处产生裂纹源，界面结合的强弱也将影响裂纹的产生。而经过表面包覆镍处理后的碳纳米管，其表面润湿性更好，在复合过程中更容易与AZ31合金基体形成强界面结合。(www.xing528.com)

镁及其合金的晶体结构属于密排六方结构，在室温下只有{0001}基面与{1120}、{2110}、{1210}组成的三个基面滑移系，从而限制了这种材料的塑性变形能力^[108]。但镁及其合金中还存在棱柱面和锥面等潜在的非基面滑移系。这些滑移系的激活将保证镁及其合金中最少5个滑移系的存在（3个基面滑移系，2个非基面滑移系），这样就可以使这种材料具有良好的韧性。在文献^[109]中证明了在金属基复合材料中增强相和基体之间的相互作用，可以产生一种滑移模式的转化。C.S.Goh等人^[110]证明了镁及其合金中棱柱面和锥面潜在的非基面滑移系可以用碳纳米管来激活，使碳纳米管增强镁基复合材料具有较多的滑移系。在本书中MWCNTs增强AZ31复合材料延伸率的明显提高也印证了这一点。

另外，由于碳纳米管尺寸小，直径为10～30nm，长度为1～10μm，复合后将大大减少与AZ31合金基体的界面热不匹配^[111]，从而减少碳纳米管与AZ31合金基体界面之间以及界面附近的基体区域中的应力集中，而且均匀分散的碳纳米管与AZ31合金基体之间形成的强结合界面对复合材料在变形中的滑移施加了三维空间上的应力，从而使复合材料延伸率得到提高。

但是过量的碳纳米管对激活AZ31合金材料非基面滑移系和减小界面应力集中的意义已经不大。复合材料中随着碳纳米管加入量的增加，必将导致碳纳米管团聚的出现。由于复合材料的延展性对碳纳米管与基体材料之间的界面结合状态比较敏感，所以从图4.4中看到，当碳纳米管的加入量超过1.5wt％时，复合材料延伸率反而下降。