纳米碳增强铁基复合材料制备及其性能研究.pdf

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1、硕士学位论文纳米碳增强铁基复合材料制备及其性能研究RESEARCHONPREPARATIONANDPROPERTIESOFNANOCARBONREINFORCEDIRONMATRIXCOMPOSITES孟凡晨哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG15学校代码：10213国际图书分类号：621.78密级：公开工程硕士学位论文纳米碳增强铁基复合材料制备及其性能研究硕士研究生：孟凡晨导师：王黎东教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInde

2、x:TG15U.D.C:621.78DissertationfortheMasteralDegreeinEngineeringRESEARCHONPREPARATIONANDPROPERTIESOFNANOCARBONREINFORCEDIRONMATRIXCOMPOSITESCandidate：MengFanchenSupervisor：Prof.WangLidongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliation：

3、SchoolofMater.Sci.Eng.DateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要大马士革刀不仅外形精美，而且强度，韧性都很高，闻名于世。2006年在古代大马世革刀样品中发现有碳纳米管，并指出铁对碳纳米管生长有催化作用。本课题的灵感来源于大马士革刀，利用油酸作为碳源，纳米铁粉作为基体，采用电火花烧结的方式，制备纳米碳增强铁基复合材料，研究烧结工艺对复合材料结构、形貌及性能的影响，并对增

4、强机理进行探索研究。X射线衍射分析（XRD）表明，80nm和150nm铁粉制备的复合材料有轻微氧化，生成FeO，500nm和800nm的铁粉制备的复合材料未测出杂质相。X射线光电子能谱分析（XPS）测试分析表明，复合材料中碳成键基本为sp2C-C，这说明该复合材料制备过程中有机物碳转变成石墨类碳。通过Raman测试分析，发现有sp2碳六元环振动的特征峰G峰，有微弱的D峰，说明复合材料中的碳以sp2碳为主。通过对复合材料含碳量的测试发现，500nm复合粉体烧结材料含碳量约为0.6wt.%，800nm复合粉体烧结材料含碳量约为0.7wt.%，不

5、同烧结温度制备的复合材料含碳量差别不大。对复合材料进行扫描电子显微镜（SEM）观察，发现原料铁粉的粒径对复合材料结构有很大影响。随着复合材料烧结温度的增加，复合材料的析出含碳组织从700℃的大的单片层逐渐转变为800℃的棒状，继续升高温度至900和950℃则变为平行排列的层片结构。通过对复合材料萃取物SEM扫描发现，碳在复合材料中以褶皱状的纳米石墨层为主。复合材料致密度都在88.2%-99.8%之间，其中80nm和150nm铁粉制备的复合材料密度较低，这可能与铁粉氧化有关。对复合材料的硬度、拉伸和压缩性能进行测试分析，150nm粉体经700

6、℃烧结制备的复合材料硬度最高达到352.4HV；800纳米粉体经700℃烧结制备的复合材料拉伸强度达到719.3MPa，高于同样条件纯铁材料（409.3MPa）。关键词：油酸；电火花烧结；铁；复合材料-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractDamascusswordsnotonlyhavebeautifulappearance,butalsohavehighstrengthandtoughness.Itisfamousintheworld.In2006,carbonnanotubeswerefoundintheleathersa

7、mplesofDamascussword,anditwaspointedoutthatironhadcatalyticeffectonthegrowthofcarbonnanotubes.TheinspirationofthisprojectisfromDamascussword.Usingoleicacidasthecarbonsourceandnanoironpowderasthematrix,thenanocarbonreinforcedironmatrixcompositewaspreparedbySPS.Theinfluenceo

8、fthesinteringprocessonthestructure,morphologyandpropertiesofthecompositeswasstudied,andth