【摘 要】
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Al-10Si合金由于其比强度高和良好耐磨损和耐腐蚀等性能,广泛用于汽车零件上,但随着科技的进步对材料性能的要求也越来越高,传统的Al-10Si合金性能难以满足生产需求。通过添加增强体可以强化材料的性能,石墨烯具有优异的力学和物理性能,作为金属基复合材料的增强体受到广泛关注。因此,制备石墨烯增强Al-10Si复合材料具有重要研究意义。本文采用超声分散和机械球磨法将石墨烯分散到铝粉中,再通过搅拌铸造
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Al-10Si合金由于其比强度高和良好耐磨损和耐腐蚀等性能,广泛用于汽车零件上,但随着科技的进步对材料性能的要求也越来越高,传统的Al-10Si合金性能难以满足生产需求。通过添加增强体可以强化材料的性能,石墨烯具有优异的力学和物理性能,作为金属基复合材料的增强体受到广泛关注。因此,制备石墨烯增强Al-10Si复合材料具有重要研究意义。本文采用超声分散和机械球磨法将石墨烯分散到铝粉中,再通过搅拌铸造法将不同质量的混合粉料加入熔融的Al-10Si基体中,制备出铸态复合材料,再经过旋转摩擦挤压（Rotational friction extrusion,RFE）加工,得到RFE态复合材料。对复合材料进行微观结构表征分析和性能测试,得到以下结论:（1）超声分散加机械球磨可以很好的分散石墨烯,球料比10:1、转速300r/min、球磨时间4h为最佳球磨参数;高速搅拌时间20min,660℃浇铸制备的铸态复合材料中石墨烯分布最均匀,热导率最高。经表征分析可知,石墨烯可以细化晶粒,且分散性越好细化越明显。当石墨烯含量不超过0.5wt.%时,在基体中分散效果较好,含量达到0.7wt.%时,开始出现团聚,1wt.%时团聚最严重。复合材料在制备过程中没有有害杂质生成,石墨烯与基体结合紧密,没有出现孔隙,与基体结合界面清晰,在界面结合处没有生成新的相。（2）石墨烯可以有效强化基体材料,当其含量为0.5wt.%时,铸态复合材料的硬度、抗拉强度、热导率均达到最大,此时的复合材料硬度为65.8HV,相比基材提升了14.2%;抗拉强度与延伸率分别为160.5MPa和9.1%,相比基材分别提升了20.9%和89.6%,材料的断裂方式为脆性断裂;热导率为174.2W/m·K,相比基材提升了16.5%。石墨烯未能有效增强基体材料的耐磨损性能和耐腐蚀性能,复合材料的密度、致密度和耐腐蚀性均随石墨烯含量增多而降低;摩擦系数与磨损量随石墨烯含量增多呈先增大后减小再增大的变化趋势。（3）旋转摩擦挤压（RFE）加工可以细化铸态复合材料中的α-Al和共晶Si相,改善石墨烯的分散性,提高复合材料的密度、致密度、硬度和拉伸性能,对抗拉强度与延伸率提升最显著。0.5wt.%石墨烯复合材料从铸态到RFE态抗拉强度和延伸率分别提升了7.2%和1.9倍;0.7wt.%石墨烯复合材料从铸态到RFE态抗拉强度和延伸率分别增大了5.9%和3.3倍,断裂方式也由脆性断裂转为韧性断裂。石墨烯含量相同时,RFE态复合材料的耐磨损性能低于铸态。
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