碳納米管對鋼的影響及其在鋼液中的結(jié)構(gòu)變化.pdf

1、碳納米管以優(yōu)異的物理化學(xué)性能在增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料方面具有優(yōu)勢，但如何將輕質(zhì)碳納米管添加進(jìn)鋼基體中一直是碳納米管復(fù)合材料領(lǐng)域的難點(diǎn)。本文探索了三種把碳納米管添加到鋼基體中的方法，最終確定使用鑄造沖入法將碳納米管植入鋼基體中，制備了鋼基碳納米管復(fù)合材料，研究了碳納米管對鋼的影響。
　　對制備過程中涉及到的碳納米管分散，碳納米管與基體的結(jié)合，進(jìn)行了研究與分析，運(yùn)用掃描電鏡，透射電鏡以及拉伸試驗(yàn)，金相分析等分析測試手段觀察分析了復(fù)合材料的

2、組織結(jié)構(gòu)，測試了復(fù)合材料的力學(xué)性能，對微觀組織結(jié)構(gòu)影響宏觀力學(xué)性能進(jìn)行了初步探討。首次發(fā)現(xiàn)碳納米管在澆注過程中形成了快速石墨化現(xiàn)象，對所發(fā)現(xiàn)筆直的石墨化碳納米管進(jìn)行了觀察和研究。
　　先將碳納米管與鋁粉混合球磨，得到混合物后將其置于壓力機(jī)下制成餅狀預(yù)制塊，然后將這樣的預(yù)制塊粉碎并過篩得到粒度為2mm的均勻顆粒，將此預(yù)制塊顆粒撒放在澆包底部，倒入1550℃鋼液，混合5s后澆入鑄型內(nèi)得到復(fù)合材料。
　　對復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行測

3、試，發(fā)現(xiàn)碳納米管有助于提高復(fù)合材料的拉伸性能、硬度、摩擦磨損性能，其最優(yōu)加入量為：對于拉伸性能，加入量以0.04％最優(yōu)；對于硬度，加入量以0.01%最優(yōu)；對于摩擦系數(shù)，加入量以0.04%最優(yōu)；對于磨損量，加入量以0.1%最優(yōu)。
　　對復(fù)合材料的金相分析結(jié)果表明：碳納米管的添加對基體有著較為明顯的晶粒細(xì)化作用：隨著碳納米管加入量的增加，晶粒度水平有提高，在碳納米管加入量為0.1%時(shí)候效果最好，其后隨著碳納米管加入量增加，晶粒度水平降

4、低；碳納米管的添加對晶粒度的影響是有方向性的。隨著碳納米管加入量的增加，基體在其中一個(gè)方向的晶粒度越來越高，在另一個(gè)方向上的影響不明顯。
　　使用場發(fā)射掃描電鏡和高分辨透射電鏡對樣品進(jìn)行形貌分析。發(fā)現(xiàn)碳納米管與鋼形成“鋼筋混凝土式”加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，照片顯示鋼液能夠包裹碳納米管，從而形成加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，承擔(dān)外來載荷，使得復(fù)合材料的力學(xué)性能得以提高。
　　發(fā)現(xiàn)筆直碳納米管。高分辨透射電鏡結(jié)果顯示筆直碳納米管管壁高度平行排列，這顯示碳納米管在

5、澆注時(shí)在鋼液的催化作用下形成了快速而完全的石墨化。而這樣的筆直碳納米管使碳納米管分散問題得到完全解決成為可能。
　　首次發(fā)現(xiàn)能在1550℃以下數(shù)十秒內(nèi)使碳納米管達(dá)到幾乎完全石墨化的程度。管壁高度平行排列顯示原始碳納米管內(nèi)部的缺陷被大量消除。以往的認(rèn)識(shí)認(rèn)為超過2200℃時(shí)石墨化較完全，且在2.5大氣壓下需要15mins，而在1800℃以下不能發(fā)生石墨化。相比以往的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)的發(fā)現(xiàn)無論是在石墨化溫度以及石墨化速度都是一個(gè)科學(xué)突破