粉体石墨烯对铝基复合材料微观结构和性能的影响(英文)  被引量:8

Effect of the graphene content on the microstructures and properties of graphene/aluminum composites

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作  者:王剑[1,2] 郭丽娜[1] 林万明[1] 陈津[1] 刘春莲[1] 陈少达 张帅 甄甜甜 WANG Jian;GUO Li-na;LIN Wan-ming;CHEN Jin;LIU Chun-lian;CHEN Shao-da;ZHANG Shuai;ZHEN Tian-tian(College of Materials Science and Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China;Taiyuan Iron and Steel(Group)CO.,LTD.,Taiyuan 030003,China)

机构地区:[1]太原理工大学材料科学与工程学院,山西太原030024 [2]太原钢铁集团有限公司,山西太原030003

出  处:《新型炭材料》2019年第3期275-285,共11页New Carbon Materials

摘  要:采用机械合金化与电场压力激活辅助烧结工艺相结合的方式,分别制备纯Al和GNPs/Al复合材料,探究粉体石墨烯对铝基复合材料微观结构和性能的影响。结果表明:通过优化烧结工艺有效地抑制化合物Al4C3在GNPs/Al复合材料中的形成,提高石墨烯与Al基体的界面结合强度。石墨烯添加量为0.5wt.%时,在Al基体晶界处能够均匀的分散,由于石墨烯与Al基体有良好的界面润湿性,促进声子在基体材料中的移动,降低材料的界面热阻,在GNPs/Al复合材料表面形成导电网络,提高电子的迁移率和平均自由程,使GNPs/Al复合材料的热导率和电导率分别提升7.1%和4%;添加石墨烯能改变Al基体材料的晶体结构,在石墨烯周围形成晶格畸变的应力场,该应力场与位错应力场产生交互作用,使位错运动受阻,GNPs/Al复合材料的强度和硬度分别提升30.6%和44%;石墨烯能降低基体材料界面电容的介电损耗,在Al基体材料表面形成致密平整的膜层,提高GNPs/Al复合材料的电荷传递电阻,降低材料表面在电化学腐蚀过程中的弥散效应,使GNPs/Al复合材料耐腐蚀性能提高31%。石墨烯含量超过0.5wt.%时,团聚在基体晶界的石墨烯,降低复合材料的界面结合强度,使GNPs/Al复合材料导带中的能带宽度变窄,电子的局域性增强,导致GNPs/Al复合材料的性能下降。综上所述,粉体石墨烯的最佳添加量为0.5wt.%。A graphite mold was filled with a mixed powder of aluminum and graphene.It was evacuated to 2×10^-1 Pa,pre-pressed under 10 MPa,heated to 450 ℃ where it was kept for 5 min,pressed again under 40 MPa,heated to 600 ℃ where it was kept for another 5 min to prepare graphene/aluminum (G/Al) composites.The effect of the graphene content on the microstructure,and thermal,electrical,mechanical and anticorrosive properties of the composites was investigated.Results indicate that when the graphene content is 0.5 wt.%,it is uniformly dispersed at grain boundaries in the Al matrix.Compared to pure Al the resulting composite has thermal and electrical conductivities that are respectively 7.1% and 4% higher,tensile strength and hardness that are 30.6% and 44% higher,and a corrosion resistance that is 31% higher.When the graphene content exceeds 0.5 wt.%,it agglomerates at grain boundaries in the Al matrix,leading to a decrease of all the above-mentioned properties.

关 键 词:粉体石墨烯 铝基复合材料 微观结构和性能 

分 类 号:TB333[一般工业技术—材料科学与工程]

 

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