碳纳米管增强镁基复合材料室温拉伸断口形貌分析

利用扫描电子显微镜（SEM）对铸态AZ31合金和MWCNTs增强镁基复合材料拉伸断口形貌进行观测，分析复合材料中碳纳米管与镁合金基体组织之间的界面结合状态、复合材料中碳纳米管加入后对复合材料室温拉伸断裂形式的影响。

图4.8所示为铸态AZ31合金与1.0wt％ MWCNTs复合材料室温拉伸断口形貌低倍SEM照片。

图4.8 铸态AZ31合金和1.0wt％ MWCNTs复合材料室温拉伸断口形貌低倍SEM照片

（a）AZ31合金 （b）1.0wt％ MWCNTs复合材料

从图4.8中可以看出，1.0wt％ MWCNTs复合材料与AZ31合金的断口形貌明显不同。如图4.8a所示，AZ31合金的断口表面并没有出现明显的撕裂棱，主要由解理面与解理台阶组成，表现出典型的脆性断裂特征。因此，可以断定AZ31合金的断口形貌为解理断口。而图4.8b中1.0wt％ MWCNTs复合材料的断口表面的山脉状撕裂棱增多，解理面减少，并出现较深的圆形韧窝，表现出较强的塑性。由此说明复合材料中碳纳米管的加入使其断裂韧性得到加强，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。(www.xing528.com)

图4.9为1.0wt％ MWCNTs复合材料与1.5wt％ MWCNTs复合材料断口形貌的高倍放大（×100000）SEM照片，图中清晰地显示断口表面有许多须状物（白箭头所指），这是典型的碳纳米管断口形貌。在图4.9a中，一部分须状物搭接于AZ31基体组织之间（白箭头所指），这些须状物是从基体中拔出的碳纳米管，这也表明碳纳米管和基体界面结合紧密，并且没有发现明显的碳纳米管团聚。而在图4.9b中，发现有大量的碳纳米管存在，但在照片的右下角发现有碳纳米管团聚现象。

图4.9 铸态MWCNTs增强镁基复合材料断口形貌高倍SEM照片

（a）1.0wt％MWCNTs复合材料 （b）1.5wt％MWCNTs复合材料

通过上述分析可知，由于复合材料中碳纳米管呈网状分布于AZ31基体组织中（图3.5）。碳纳米管极好的力学性能使其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AZ31基体中抽出，而另一端仍镶嵌于基体中，表现出良好的界面结合效果，从而使复合材料的断裂形式发生了明显的改变，表现出韧性断裂的特征，复合材料的抗拉强度和延伸率同时得到较大的提高。但当复合材料中碳纳米管加入量过多时，则极易形成团聚，如图4.8b所示，从而降低复合材料的综合力学性能。