论文部分内容阅读
碳纳米管/铝基复合材料（CNT/Al）具有高的强度、模量和塑性,在结构轻量化方面具有很大的发展潜力和应用前景。但断裂韧度作为材料应用的一项重要力学性能指标尚缺乏相关研究,尤其是断裂韧度的测试方法较多,对于CNT/Al复合材料的适用性未知。本文首先采用2024铝合金研究了不同的断裂韧度测试方法的适用性,随后采用基于元素合金化的叠片粉末冶金技术,制备出CNT/Al-Cu-Mg复合材料并选用适用的测试方法进行断裂韧度测试,研究了CNT对CNT/Al-Cu-Mg复合材料断裂韧度的影响,并通过对断口及裂纹的形貌观察,探索了CNT对CNT/Al-Cu-Mg复合材料断裂韧度的影响机理。得出主要研究结果如下:1)断裂韧度测试方法对比研究结果表明,相比于标准断裂韧度KIC测试方法得到的断裂韧度43.37 MPa·m1/2,环状缺口试样测试方法得到的断裂韧度过低,仅33.42 MPa·m1/2,而边界效应模型的方法得到了极高的数值,达到了154.94MPa·m1/2,两种方法都不适合于2024铝合金的断裂韧度测试。同时,试样的疲劳裂纹与其尺寸都对断裂韧度的测试结果存在影响,只有在试样存在疲劳裂纹且尺寸足够大时,才能得到有效的断裂韧度。因此后续的研究采用标准的KIC测试方法进行。2)复合材料断裂韧度研究表明,1.5wt.%CNT/Al-Cu-Mg复合材料的断裂韧度24.90 MPa·m1/2高于大多数传统颗粒增强铝基复合材料,但低于相近成分的2024铝合金,且随着CNT含量的增加而降低。3)断口和裂纹的微观形貌观察表明,CNT并不以形成微裂纹的方式降低材料的断裂韧度,也不通过搭桥、拔出等外部韧化方式提高材料的断裂韧度,而是在裂纹扩展中与基体紧密结合并协同变形,通过提高微区应力集中促进微裂纹形成的方式降低材料的断裂韧度。综上所述,本研究对比分析了不同断裂韧度测试方法的适用性,研究了纳米相的CNT对铝基复合材料断裂行为的影响规律,为新型纳米增强金属基复合材料的断裂韧度测试与断裂行为研究提供了实验参考。