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碳纳米管具有高强度和高模量等优良的力学性能,是制备金属基复合材料最理想的增强体。提高碳纳米管在基体中的分散性是制备高性能复合材料的关键。探究了提高原始CNTs的纯度对镁基复合材料力学性能的影响。本文主要采用粉末冶金工艺方法制备Graphitized-CNTs/AZ91镁基复合材料。采用粉末冶金方法成功制备了含量为0wt.%到5wt.%的石墨化CNTs增强镁基复合材料。采用傅里叶红外光谱、拉曼光谱仪(Raman Spectrometer)、X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等对石墨化CNTs进行表征。使用Image Pro-Plus 6.0计算了不同含量的Graphitized-CNTs/AZ91镁基复合材料组织的晶粒尺寸。使用了显微硬度测试仪测试了复合材料在烧结态和挤压态的显微硬度,采用拉伸试样机对复合材料进行力学性能测试,使用SEM对拉伸样断口形貌进行了观察。研究了不同含量的Graphitized-CNTs对AZ91合金的组织和力学性能的影响。主要内容总结如下:(1)采用高温处理工艺对原始CNTs进行3000℃石墨化处理。通过红外光谱数据分析得出Graphitized-CNTs的峰值与原始CNTs相比基本没变化,高温处理没有破坏CNTs结构完整性。XRD结果表明Graphitized-CNTs的C(002)晶面特征峰的强度明显增大(增大近一倍),半高宽减小,表现出更为尖锐的形态,Graphitized-CNTs的排列更加完整有序。拉曼光谱结果显示未经高温石墨化处理的CNTs的I_D/I_G比值为1.49。高温石墨化处理后的CNTs的I_D/I_G比值明显减小(0.57),石墨化处理极大改善了CNTs的缺陷,石墨化CNTs D峰和G峰没有发生频移,表明高温处理没有改变CNTs的管径大小。通过TEM观察出Graphitized-CNTs管壁原子排列很整齐,且催化颗粒和金属粒子基本得以去除,说明高温处理可以提高CNTs的纯度。(2)Graphitized-CNTs可以细化镁基体中的晶粒组织(烧结态和挤压态复合材料),其加入不同含量的Graphitized-CNTs对复合材料的平均晶粒尺寸大小有着不同程度的影响,都能使复合材料的晶粒尺寸发生变化,随着CNTs含量的增加,复合材料的平均晶粒尺寸的大小是先减小后增大的趋势。使用Image Pro-Plus 6.0计算出复合材料烧结态的平均晶粒尺寸大小分别是81.6μm、76.8μm、72.8μm、66.3μm、73.9μm和83.7μm。挤压态平均晶粒尺寸分别是41.2μm、32.6μm、30.6μm、19.6μm、21.8μm和28.6μm。增强体Graphitized-CNTs加入可以起到细化晶粒的效果。当Graphitized-CNTs的加入量为3wt.%时,烧结态和挤压态复合材料的平均晶粒尺寸达到最小,此时复合材料的显微硬度也达到最大值。镁基复合材料的平均晶粒尺寸都要比基体小。随着增强体的加入,复合材料的显微硬度的变化规律是先增大后减小的趋势。(3)Graphitized-CNTs的加入对复合材料屈服强度和延伸率有着一定程度的影响,即随着增强体含量的增加,复合材料的力学性能是先增大后减小的变化趋势。基体中Graphitized-CNTs加入量为3.0wt%时,Graphitized-CNTs/AZ91复合材料的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别是230MPa、219MPa和0.9%,相比基体分别减少了16.4%、3.1%和66.7%,与原始CNTs增强的镁基复合材料相比,力学性能指标分别降低了12.4%、25.6%和79.9%,与MgO@CNTs增强的镁基复合材料相比,对应的力学性能指标分别降低了30.5%、22.8%和89.5%。