石墨烯微片对放电等离子烧结制备铜基摩擦材料性能的影响

采用放电等离子烧结技术(spark plasma sintering,SPS)制备铜基粉末冶金摩擦材料,研究石墨烯微片含量对铜基粉末冶金摩擦材料物理性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明：当石墨烯微片质量分数低于4%时,材料的密度、孔隙率和抗剪切强度随石墨烯微片含量的增加而升高;当石墨烯微片质量分数超过4%后,材料的密度、孔隙率及抗剪切强度随石墨烯微片含量的增加而略微减小;石墨烯微片质量分数为4%时,铜基粉末冶金摩擦材料具有最优的摩擦性能,此时其布氏硬度为82,剪切强度为98.73 MPa。     

放电等离子烧结制备Al-Zn-Mg-Cu纳米晶合金的组织

利用低温液氮球磨和放电等离子烧结工艺制备了块体纳米晶Al-Zn-Mg-Cu合金.采用X射线衍射(XRD)技术分析了材料的晶粒尺寸和微观应变,利用透射电镜(TEM)研究了合金微观组织的演变.结果表明:采用放电等离子烧结法制备的7000系纳米铝合金具有两种不同的纳米晶结构,以晶粒尺寸50～100nm的等轴晶为主,少量200～400nm的大晶粒为辅;烧结过程中发生再结晶及第二相析出,析出的第二相以η(MgZn2)为主,θ(Al2Cu)以及S(Al2CuMg))为辐.     

放电等离子烧结制备铁基合金

采用脉冲+恒流电流烧结方法对Fe-2Cu-2Ni-1Mo-0.8C混合粉末进行了快速烧结,通过对不同脉冲电流通电时间烧结样品的显微组织、断口形貌进行分析,并对其密度和抗弯强度进行测试,研究了粉末的脉冲+恒流电流烧结行为.结果表明：脉冲电流不仅可通过粉体产生电阻热进行烧结,还具有清洁、活化粉末颗粒表面,促进粉末烧结的作用.当脉冲峰值电流、基值电流、占空比和频率分别为3000 A、360 A、50%和50 Hz,空载恒流电流为1389 A时,经脉冲和恒流电流各烧结3 min后,合金的密度和抗弯强度分别达到最大值7.61 g/cm3和1540 MPa.该烧结材料的显微组织以珠光体为主,其中包含块状或网络状分布的铁素体、奥氏体及其少数未扩散均匀的合金相.弯曲断口呈现解理、韧窝和沿晶的混合断裂特征.     

烧结温度对纳米石墨烯增强ZA27基复合材料孔隙比和力学性能的影响

Nano graphene platelet (Gr) reinforced nano composites with a zinc–aluminum alloy (ZA27) matrix were produced by powder metallurgy at four different mass ratios (0.5wt%, 1.0wt%, 2.0wt% and 4.0wt%) and three different sintering temperatures (425, 450, and 475°C). In order to investigate the effect of sintering temperatures and nano graphene reinforcement materials on the composite structure, the microstructures of the composite samples were investigated and their densities were determined with a scanning electron microscope. Hardness, transverse rupture, and abrasion wear tests were performed to determine the mechanical properties. According to the test results, the porosity increased and the mechanical strength of the nano composites decreased as the amount of nano graphene reinforcement in ZA27 increased. However, when the composites produced in different reinforcement ratios were evaluated, the increase in sintering temperature increased the mechanical structure by positively affecting the composite structure.     

氧化石墨烯增强环氧树脂复合材料的制备及其力学性能研究

以天然石墨为原料,利用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,并对其进行X-射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表征。之后利用一种新型的有机溶剂三缩水甘油基对氨基苯酚（TGPAP）作为相转移剂和表面活性剂,将氧化石墨烯（GO）从水溶液转移到环氧树脂基体中,去除水分,加入固化剂进而得到混合液,最后利用浇铸法得到复合材料。通过万能测试拉力机对复合材料的拉伸性能和弯曲性能进行测试,结果表明氧化石墨烯的加入能够有效增强复合材料的力学性能：在添加0.1%（质量分数）的氧化石墨烯时,复合材料拉伸强度达到最大值77.29 MPa,与不添加氧化石墨烯相比提高了26.60%;在添加1.0%的氧化石墨烯时,拉伸模量达到最大值2 451.99 MPa,与纯环氧树脂相比提高了21.69%。     

石墨烯/聚氨酯纳米复合材料的制备及力学性能研究

采用改进的Hummers法制备出氧化石墨烯(GO),并用苯基异氰酸酯对其功能化,接着将功能化的氧化石墨烯(iGO)与4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)在二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中进行超声混合得到均匀混合液,再将混合液与聚四亚甲基醚二醇(PTMG)、1,4-丁二醇(BD)在DMF溶剂中进行原位聚合制备iGO/热塑性聚氨酯(TPU)纳米复合材料(GO-TPU),同时在相同条件下合成PU以供对比.采用XRD、FT-IR、XPS、Raman光谱、SEM和万能拉伸试验机对GO的功能化效果及GO-TPU的性能进行了表征.结果表明:苯基异氰酸酯成功接枝于GO表面,iGO在TPU基体中分散均匀,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率均随GO含量的增加表现为先增大后减小的变化规律,当iGO的质量分数为1%时GO-TPU的拉伸强度和断裂伸长率均为最大值,分别为4.26 MPa和500%,与纯TPU相比,分别提高了127.1%和27.3%.     

放电等离子烧结制备超细WC-Co硬质合金

采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了超细WC-10Co硬质合金.研究了烧结温度及烧结气氛对WC-Co硬质合金组织及性能的影响.研究发现:烧结体密度随烧结温度的升高而增大,但由于钴的蒸发,合金的成分偏离了原粉末的成分,且随着烧结温度的升高及炉内气压的降低,钴的蒸发速率加大.因此,通过提高炉内气压,可以使合金的成分基本接近原粉末成分,降低了合金的成分偏离.结果表明:炉内气压升高到200 Pa,烧结压力为30 MPa时,在1250℃烧结WC-10.07Co粉末5 min,烧结体中钴的质量分数可以控制在10.02%,密度和硬度分别达到了14.62 g.cm-3和HRA 92.4.     

放电等离子烧结制备高强度奥氏体不锈钢

以AISI 304L奥氏体不锈钢粉体为原料,采用高能球磨与放电等离子烧结(SPS)的方式制备致密化块体材料,对球磨产物和烧结体进行物相、微观形貌分析,并对烧结体的密度、硬度及拉伸性能进行测试。研究结果表明:AISI304L不锈钢粉体经高能球磨得到奥氏体与马氏体双相纳米晶粉;经SPS 950℃烧结的样品为奥氏体组织,并具有较优异的力学性能,其致密度为99.11%,屈服强度为336 MPa,抗拉强度为609 MPa,硬度为212.4 HV0.1。     

放电等离子烧结制备Cu/Ti3SiC2-TiC复合材料

选用单质粉(Ti,Si,C,Al)为原料,采用机械合金化法制备含有Ti3SiC2和TiC的混合粉体,然后将Ti3SiC2,TiC和Cu的混合粉体进行放电等离子烧结,以制备Cu/Ti3SiC2-TiC复合材料,并对其组织耐磨性进行了研究。实验结果表明,放电等离子烧结可制备致密的Cu/Ti3SiC2-TiC复合材料,复合材料的显微硬度随强化相(Ti3SiC2-TiC)掺加量的增加显著提高,当强化相掺加量为20 vol%时,复合材料的硬度值达1.58 GPa。Cu/Ti3SiC2-TiC复合材料的耐磨性随强化相含量增加显著提高,当强化相掺入量为20 vol%时,复合材料的耐磨性为纯Cu的4倍。     

石墨烯增强金属基纳米复合材料的研究进展

石墨烯的导电、导热以及机械性能优异,是制备先进金属基纳米复合材料理想的增强相.本文总结了近年来关于石墨烯增强金属基纳米复合材料研究的最新进展,内容包括该材料的制备方法、机械性能、摩擦学性能以及主要物理化学性能等.最后,基于现阶段存在的问题,展望了石墨烯增强金属基复合材料的发展趋势.     

放电等离子烧结TiAl基合金的显微组织及力学性能

以Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr合金粉末为原料,采用放电等离子烧结工艺制备出TiAl基合金,并研究了制备工艺、显微组织与室温力学性能三者的关系.结果表明,采用放电等离子烧结方法可制备出致密度高、组织均匀的TiAl基合金.烧结温度对合金的显微组织影响显著,且其室温力学性能与显微组织密切相关,显微组织越细小,室温强度和塑性越高.当烧结温度为1100℃时,制备出的TiAl-V-Cr合金显微组织类型为细小双态组织,具有35.2%的压缩率和3321MPa的断裂强度,显示出较好的室温压缩性能.     

放电等离子烧结制备碳化钛块材研究

利用放电等离子烧结(SPS)对碳化钛(TiC)/氢化钛(TiH2)混合粉末进行烧结以制备块材。利用X射线衍射(XRD)并结合Rietveld精修法对块材进行定性与结构分析;借助扫描电子显微镜(SEM)对块材断面微观形貌进行观察;测试了块材硬度并探讨SPS技术制备TiC块材的致密化过程与反应机理。结果表明:混合粉末经SPS烧结,获得了高度致密的TiC块材;与传统烧结方法比较,SPS技术更具低温快速性。     

放电等离子烧结微胞结构复合材料有限元模拟

采用ANSYS软件建立三维热‐电耦合瞬态有限元模型,对微胞结构复合材料的放电等离子烧结过程进行模拟。模拟计算结果表明,烧结低温阶段石墨模具向样品传热,烧结过程类似于热压烧结,烧结高温阶段样品自发热,样品附近沿径向形成温度梯度。     

低压烧结制备石墨烯增强WC-Co硬质合金

采用机械搅拌和静电吸附2种工艺制备氧化石墨烯增强WC-Co复合粉末,对复合粉末的微观形貌进行表征,并利用低压烧结工艺制备石墨烯增强WC-Co硬质合金,对硬质合金力学性能进行测试分析。静电吸附工艺和低压烧结相结合所制备的石墨烯增强WC-Co硬质合金抗弯强度和维氏硬度分别为3 250 MPa和1 846,比不添加石墨烯的WC-Co硬质合金抗弯强度和硬度分别提高了38.92%和7.93%;比机械搅拌工艺和低压烧结相结合所制备的石墨烯增强WC-Co硬质合金抗弯强度提高了8.33%,硬度略有提高。石墨烯通过静电吸附工艺均匀地分散在WC-Co基体中,高温烧结时通过阻碍晶界的扩散和位错的滑移来细化晶粒,有裂纹产生时会阻碍裂纹扩展,从而增强材料力学性能。     

石墨烯片增强纳米复合材料微米圆柱壳的振动和稳定性

基于一阶剪切变形壳理论和应变梯度弹性理论,研究石墨烯片增强纳米复合材料（graphene platelets-reinforced nanocomposite,GPLRNC）微米圆柱壳的稳定性和自由振动。首先,通过Hamilton变分原理得到系统模型的控制微分方程。其次,利用Navier法获得GPLRNC微米壳的固有频率和临界屈曲载荷的解析解。结果表明,石墨烯片的充填质量和分布模式影响微米壳的稳定性和振动特性。当壳体内部石墨烯片的质量分数给定时,微米壳在石墨烯片的O-GPLRNC分布下具有最高的固有频率和临界屈曲载荷,在X-GPLRNC分布下则反之。此外,材料长度尺度参数、石墨烯片几何尺寸和微米壳几何尺寸对GPLRNC微米圆柱壳的稳定性和自由振动具有重要影响。     

TiB-TiB_2陶瓷复合材料的放电等离子烧结致密化

通过放电等离子烧结技术制备了新型的TiB-TiB2陶瓷复合材料,测试了复合材料的微观组织和力学性能,研究了复合材料微观组织的演化规律,揭示了复合材料的放电等离子烧结致密化机理.烧结前期,通过放电效应使Ti发生高温溅射,在TiB2颗粒间形成流线型丝状连接;随着温度的升高,TiB2颗粒与熔融的钛金属之间发生化学反应,生成的TiB呈棒状生长;烧结后期,随着烧结温度的提高,在焦耳热效应和烧结压力的共同作用下,塑性变形和固相扩散成为主要烧结机制,使复合材料迅速达到致密.     

碳化硅陶瓷的放电等离子烧结

采用添加了Al2O3和Y2O3助烧剂的碳化硅微粉为原料,通过放电等离子烧结(SPS)技术快速制备了碳化硅陶瓷. 分析了材料致密化过程,并重点研究了烧结工艺参数对材料致密度和力学性能的影响规律. 结果表明,当SPS工艺参数的烧结温度和压力分别为1600℃和50MPa时,经过5min的烧结,碳化硅陶瓷的致密度可达到99.1%,硬度为HV 2550,断裂韧性达8.34MPa·m1/2,弯曲强度达684MPa.     

放电等离子烧结合成TiC/TiB_2颗粒增强的超细晶钛基复合材料

采用放电等离子烧结技术结合非晶晶化法制备了不同体积分数的TiC/TiB2颗粒增强的超细晶钛基复合材料.运用X射线衍射分析、扫描电子显微镜和万能材料试验机等实验手段,对合成的超细晶钛基复合材料进行测试分析.结果表明：随着外加TiC/TiB2颗粒的增加,钛基复合材料试样的致密度逐渐降低.TiC颗粒与基体不发生反应,而TiB2颗粒的加入改变了TiB2颗粒与基体界面的组织形貌,但对远离界面处的基体组织形貌没有影响,其组织均由-Ti（Nb）相和（Cu,Ni）-Ti2相组成,且-Ti（Nb）相连续分布.同时,TiC颗粒的增强效果优于TiB2颗粒,35vol.%（体积分数）TiC颗粒增强的复合材料试样的断裂强度最高,达2209MPa.     

搅拌铸造法制备石墨烯增强铝基复合材料的组织和力学性能研究

石墨烯增强铝基复合材料满足轻量化用材的同时兼具良好的力学性能,是一种极具应用前景的复合材料。通过粉末混合、压坯和热还原,制备了含石墨烯的预制块,并将其作为中间体在搅拌铸造过程中加入,成功制备了石墨烯增强铝基复合材料。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线衍射仪等表征了复合材料的微观组织结构;通过力学性能测试,研究了石墨烯含量对复合材料力学性能的影响。表征结果表明,搅拌铸造法制备的石墨烯增强铝基复合材料中石墨烯结构完整,复合材料的晶粒得到明显细化。拉伸试验表明,石墨烯质量分数为0.4%的铝基复合材料的综合力学性能最佳,抗拉强度、屈服强度和维氏硬度分别较同条件下制备的纯铝提高了55%、47%和63%。断裂机制研究结果表明,随着石墨烯含量的增加,复合材料由韧性断裂转变为脆性断裂。     

石墨烯增强WC-Co硬质合金的制备和力学性能研究

采用机械搅拌和静电吸附工艺制备了氧化石墨烯/WC-Co复合粉体,并对复合粉体的微观形貌进行了表征。利用放电等离子烧结（spark plasma sintering ,SPS）技术制备了石墨烯/WC-Co硬质合金,对复合材料的力学性能进行了测试分析。机械搅拌制备的氧化石墨烯/WC-Co复合粉体经过SPS烧结后得到的硬质合金横向断裂强度和维氏硬度为1 850 MPa,1 830,与不添加石墨烯的WC-Co硬质合金相比分别提高了3.9%,5.8%。静电吸附制备的氧化石墨烯/WC-Co复合粉体经过SPS烧结后得到的硬质合金横向断裂强度和维氏硬度为1 980 MPa,1 850,与不添加石墨烯的WC-Co硬质合金相比分别提高了11.2%,6.9%。