Ảnh hưởng của hàm lượng ống nano carbon đến hình thái của vật liệu gia cường lai SiCp(CNT) và tính chất cơ học kéo của các hợp kim SiCp(CNT)/Al

Journal of Materials Research - Tập 32 - Trang 1239-1247 - 2017
Yu Huang1, Huiling Jin1, Qiubao Ouyang1, Yishi Su1, Shisheng Li1, Di Zhang1
1State Key Laboratory of Metal Matrix Composites, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, việc khám phá vật liệu gia cường lai SiCp[ống nano carbon (CNT)] bằng silicon carbide có hiệu suất cao hiện đang được tiến hành để phát triển các hợp kim kim loại nền tiên tiến. Các hợp kim 17 wt% SiCp(CNT)/Al được chế tạo bằng kỹ thuật luyện kim bột, trong đó vật liệu gia cường lai SiCp(CNT) với các hàm lượng CNT khác nhau (ví dụ: 3, 6 và 9 wt%) đã được áp dụng. Ý nghĩa của hàm lượng CNT đối với hình thái của vật liệu gia cường lai SiCp(CNT), các đặc trưng vi cấu trúc, và hành vi cơ học kéo của các hợp kim SiCp(CNT)/Al cũng đã được nghiên cứu. Đặc biệt, các hợp kim SiCp(CNT)/Al với 6 wt% CNT trong vật liệu gia cường lai SiCp(CNT) thể hiện hiệu ứng gia tăng đáng kể nhất trong mô đun đàn hồi và độ bền kéo. Trong khi đó, các hợp kim SiCp(CNT)/Al tạo ra hiệu ứng gia cường tổng hợp của SiCp và CNT so với các hợp kim SiCp/Al, trong khi các hợp kim SiCp(CNT)/Al với hàm lượng CNT cao trong vật liệu gia cường lai SiCp(CNT) cung cấp sự cải thiện yếu trong độ bền kéo và độ dẻo do sự hình thành khối tụ của CNT trong nền.

Từ khóa

#silicon carbide #carbon nanotube #metal matrix composites #mechanical properties #powder metallurgy

Tài liệu tham khảo

D. Miracle: Metal matrix composites—From science to technological significance. Compos. Sci. Technol. 65, 2526 (2005). V. Umasankar, M. Anthony Xavior, and S. Karthikeyan: Experimental evaluation of the influence of processing parameters on the mechanical properties of SiC particle reinforced AA6061 aluminium alloy matrix composite by powder processing. J. Alloys Compd. 582, 380 (2014). Y. Wu, G.Y. Kim, I.E. Anderson, and T.A. Lograsso: Fabrication of Al6061 composite with high SiC particle loading by semi-solid powder processing. Acta Mater. 58, 4398 (2010). M. Rahimian, N. Ehsani, N. Parvin, and H.R. Baharvandi: The effect of particle size, sintering temperature and sintering time on the properties of Al–Al2O3 composites, made by powder metallurgy. J. Mater. Process. Technol. 209, 5387 (2009). M.K. Habibi, A.S. Hamouda, and M. Gupta: Hybridizing boron carbide (B4C) particles with aluminum (Al) to enhance the mechanical response of magnesium based nano-composites. J. Alloys Compd. 550, 83 (2013). M. Rezayat, M. Bahremand, M. Parsa, H. Mirzadeh, and J. Cabrera: Modification of as-cast Al–Mg/B4C composite by addition of Zr. J. Alloys Compd. 685, 70 (2016). K. Oh and K. Han: Short-fiber/particle hybrid reinforcement: Effects on fracture toughness and fatigue crack growth of metal matrix composites. Compos. Sci. Technol. 67, 1719 (2007). A.K.M.A. Iqbal, Y. Arai, and W. Araki: Effect of hybrid reinforcement on crack initiation and early propagation mechanisms in cast metal matrix composites during low cycle fatigue. Mater. Des. 45, 241 (2013). P. Ravindran, K. Manisekar, S. Vinoth Kumar, and P. Rathika: Investigation of microstructure and mechanical properties of aluminum hybrid nano-composites with the additions of solid lubricant. Mater. Des. 51, 448 (2013). S. Suresha and B.K. Sridhara: Friction characteristics of aluminium silicon carbide graphite hybrid composites. Mater. Des. 34, 576 (2012). D. Aruri, K. Adepu, K. Adepu, and K. Bazavada: Wear and mechanical properties of 6061-T6 aluminum alloy surface hybrid composites [(SiC + Gr) and (SiC + Al2O3)] fabricated by friction stir processing. J. Mater. Res. Technol. 2, 362 (2013). A. Alizadeh, A. Abdollahi, and H. Biukani: Creep behavior and wear resistance of Al 5083 based hybrid composites reinforced with carbon nanotubes (CNTs) and boron carbide (B4C). J. Alloys Compd. 650, 783 (2015). H. Choi, G. Kwon, G. Lee, and D. Bae: Reinforcement with carbon nanotubes in aluminum matrix composites. Scr. Mater. 59, 360 (2008). S.C. Tjong: Recent progress in the development and properties of novel metal matrix nanocomposites reinforced with carbon nanotubes and graphene nanosheets. Mater. Sci. Eng., R 74, 281 (2013). S.R. Bakshi, D. Lahiri, and A. Agarwal: Carbon nanotube reinforced metal matrix composites—A review. Int. Mater. Rev. 55, 41 (2010). Z. Li, J.Y. Wang, G.L. Fan, H.H. Pan, Z.X. Chen, and D. Zhang: Reinforcement with graphene nanosheets in aluminum matrix composites. Scr. Mater. 66, 594 (2012). L. Wang, H. Choi, J-M. Myoung, and W. Lee: Mechanical alloying of multi-walled carbon nanotubes and aluminium powders for the preparation of carbon/metal composites. Carbon 47, 3427 (2009). A.M.K. Esawi, K. Morsi, A. Sayed, A.A. Gawad, and P. Borah: Fabrication and properties of dispersed carbon nanotube-aluminum composites. Mater. Sci. Eng., A 508, 167 (2009). L. Jiang, Z. Li, G. Fan, L. Cao, and D. Zhang: Strong and ductile carbon nanotube/aluminum bulk nanolaminated composites with two-dimensional alignment of carbon nanotubes. Scr. Mater. 66, 331 (2012). S.I. Cha, K.T. Kim, S.N. Arshad, C.B. Mo, and S.H. Hong: Extraordinary strengthening effect of carbon nanotubes in metal-matrix nanocomposites processed by molecular-level mixing. Adv. Mater. 17, 1377 (2005). D.H. Nam, S.I. Cha, B.K. Lim, H.M. Park, D.S. Han, and S.H. Hong: Synergistic strengthening by load transfer mechanism and grain refinement of CNT/Al–Cu composites. Carbon 50, 2417 (2012). X. Yang, C. Shi, C. He, E. Liu, J. Li, and N. Zhao: Synthesis of uniformly dispersed carbon nanotube reinforcement in Al powder for preparing reinforced Al composites. Composites, Part A 42, 1833 (2011). C.N. He, N.Q. Zhao, C.S. Shi, and S.Z. Song: Mechanical properties and microstructures of carbon nanotube-reinforced Al matrix composite fabricated by in situ chemical vapor deposition. J. Alloys Compd. 487, 258 (2009). R. Pérez-Bustamante, C.D. Gómez-Esparza, I. Estrada-Guel, M. Miki-Yoshida, L. Licea-Jiménez, S.A. Pérez-García, and R. Martínez-Sánchez: Microstructural and mechanical characterization of Al-MWCNT composites produced by mechanical milling. Mater. Sci. Eng., A 502, 159 (2009). Y.S. Suh, S.P. Joshi, and K.T. Ramesh: An enhanced continuum model for size-dependent strengthening and failure of particle-reinforced composites. Acta Mater. 57, 5848 (2009). X.Z. Kai, Z.Q. Li, G.L. Fan, Q. Guo, D.B. Xiong, W.L. Zhang, Y.S. Su, W.J. Lu, W.J. Moon, and D. Zhang: Enhanced strength and ductility in particulate-reinforced aluminum matrix composites fabricated by flake powder metallurgy. Mater. Sci. Eng., A 587, 46 (2013). K.M.P.V.C. Nardone: On the strength of discontinuous silicon carbide reinforced aluminum composites. Scr. Mater. 20, 43 (1986). F. Tang, I.E. Anderson, T. Gnaupel-Herold, and H. Prask: Pure Al matrix composites produced by vacuum hot pressing: Tensile properties and strengthening mechanisms. Mater. Sci. Eng., A 383, 362 (2004). H. Kurita, M. Estili, H. Kwon, T. Miyazaki, W. Zhou, J-F. Silvain, and A. Kawasaki: Load-bearing contribution of multi-walled carbon nanotubes on tensile response of aluminum. Composites, Part A 68, 133 (2015).