【摘 要】
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石墨烯是一种二维碳纳米材料,通常被人们认为在制备高性能的金属基复合材料中具有广大的应用前途。目前,石墨烯/金属基复合材料的研究仍有许多问题需要解决。例如,石墨烯结构的完整性,分散在基体中的均匀性,以及与金属的界面结合,这些都是制约石墨烯充分发挥性能的关键因素。本文首先研究了不同还原氧化石墨烯（rGO）含量对rGO/Cu复合材料微观组织和性能的影响及增强机理,其次研究了不同配比的rGO-CNTs杂化
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石墨烯是一种二维碳纳米材料,通常被人们认为在制备高性能的金属基复合材料中具有广大的应用前途。目前,石墨烯/金属基复合材料的研究仍有许多问题需要解决。例如,石墨烯结构的完整性,分散在基体中的均匀性,以及与金属的界面结合,这些都是制约石墨烯充分发挥性能的关键因素。本文首先研究了不同还原氧化石墨烯（rGO）含量对rGO/Cu复合材料微观组织和性能的影响及增强机理,其次研究了不同配比的rGO-CNTs杂化增强体对rGO-CNTs/Cu复合材料组织和性能的影响及增强机理。主要研究内容如下:1.使用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）对铜粉进行改性,通过电荷吸附作用和热还原法制得rGO/Cu复合粉末,然后采用放电等离子烧结（SPS）制得rGO/Cu复合材料。通过对rGO/Cu复合材料组织形貌分析可知,当rGO含量为0.1wt%和0.25wt%时,rGO对复合材料晶粒尺寸有细化作用,且复合材料晶界处孔洞较少。2.随着rGO含量的增加,rGO/Cu复合材料的相对密度呈下降趋势,而硬度先升高后降低。当添加量为0.5wt%时,rGO/Cu复合材料的相对密度具有最低值97.75%。0.1wt%rGO/Cu复合材料的硬度具有最高值112.7 HV,较纯铜提升了97.1%。rGO/Cu复合材料的耐蚀性能研究表明,rGO的加入有助于rGO/Cu复合材料耐蚀性能的提升。随着含量的增加,rGO阻隔能力得到增强,复合材料的抗腐蚀能力提高。此外,rGO/Cu复合材料的摩擦性能研究表明,rGO会在磨损接触面形成富碳的润滑膜,使得复合材料的耐磨性能得到提升。当rGO添加量为0.5wt%时,摩擦系数有最小值0.402,较纯铜相比降低了41.8%。3.氧化石墨烯和碳纳米管（CNTs）按比例混合,构建具有三维矩阵结构的杂化增强体。将杂化增强体和改性后铜粉混合,经热还原和SPS烧结后得到rGO-CNTs/Cu复合材料。通过对rGO-CNTs/Cu复合材料组织形貌分析可知,随着CNTs添加比例的增加,rGO-CNTs杂化增强体出现聚集,复合材料的晶粒尺寸出现局部粗大现象。4.随着CNTs添加比例的增加,rGO-CNTs/Cu复合材料的相对密度逐渐下降,rGO1-CNTs1/Cu复合材料的相对密度具有最低值97.61%。低添加比例的CNTs可提高rGO-CNTs/Cu复合材料的硬度,rGO9-CNTs1/Cu复合材料的硬度有最高值105.2 HV。rGO-CNTs/Cu复合材料的耐蚀性能研究表明,rGO9-CNTs1/Cu复合材料的自腐蚀速率较rGO/Cu复合材料降低38.9%。但是,随着CNTs添加比例的继续增加,rGO-CNTs/Cu复合材料表面孔洞逐渐增多,导致耐蚀性降低。rGO-CNTs/Cu复合材料的摩擦性能研究表明,CNTs与rGO之间的协同作用可改善复合材料表面的磨损状况,降低材料的摩擦系数。rGO1-CNTs1/Cu复合材料具有最低的摩擦系数0.387,比rGO/Cu复合材料降低了21.2%。
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