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河工大《MSEA》加点石墨烯,显著提升金属层状复合材料强韧性!
发布:Iron_MAN10   时间:2020/9/11 16:15:01   阅读:121 
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层状金属基材料通过借助各组元层的复合效应、增强相的尺寸效应和界面效应,可实现材料的高性能化及功能化。其中Cu/Ni层状金属复合材料已广泛应用于燃料电池系统、换热系统、微型电池负极材料容器系统。但是传统Cu/Ni层状复合材料在热轧复合成型过程中,由于高温状态下Cu和Ni原子在界面处的扩散速率差别,会导致柯肯达尔孔洞发生。这一直限制着置换互溶体系的层状金属复合材料的研发和应用。

自1947年,柯肯达尔效应被发现以来一直处于不愠不火状态,2011年,殷亚东教授用做制备纳米空心材料之后才焕发新春,然而,在冶金领域,它极大的影响层状金属复合材料的界面结合性能,因此工程师致力于消除它。

近日,河北工业大学材料科学与工程学院能源装备材料技术研究院殷福星教授团队在《Materials Science & Engineering A》上发布了一篇关于石墨烯薄膜调控Cu/Ni多层复合材料界面及力学性能的文章,题为“Thickness effect of graphene film on optimizing the interface and mechanical properties of Cu/Ni multilayer composites”。创造性的借助于石墨烯薄膜来消除柯肯达尔效应,从而显著的提升了热轧Cu/Ni层状复合材料的界面结合强度,同时,复合材料的强度和韧性也获得了明显的提升。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140111

由于复合材料强化的主要原因为增强体的有效承载以及打断基体的塑性变形过程,增强体的含量,形貌以及分布对复合材料性能有着重要影响。此外,石墨烯的力学性能具有高度各向异性的特点,均匀分布的结构不能充分发挥材料复合构型化的优势。因此,文中采用电沉积方法+溶液处理的方法将石墨烯引到层界面,通过调控电沉积参数,调控石墨烯薄膜厚度,进而探讨复合材料界面设计的重要性。研究发现适当厚度的石墨烯薄膜可以有效抑制了铜、镍元素不对称的扩散行为,减少了柯肯达尔孔洞的形成,强化了铜/镍界面的结合强度,有效抑制了镍层的过早局部缩颈和断裂破坏,从而使材料具有良好均匀的塑性变形能力。
 

图1 石墨烯增强Cu/Ni多层复合材料制备过程示意图


图2 复合材料力学性能


图3 复合材料的微观组织


图4 复合材料的界面微观结构


图5 复合材料断裂过程示意图


来源:中国腐蚀与防护网
 
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