碳納米纖維增加鋁復(fù)合材料硬度

俄羅斯科研人員將碳納米纖維添加到鋁復(fù)合材料中，使鋁復(fù)合材料的硬度增加了20%，材料結(jié)構(gòu)在微觀層面上也發(fā)生了極大的變化。有關(guān)專家指出，這項研究不僅改善了特定鋁合金的性能，而且對許多鋁及其合金部件來說都具有極大的實際意義。相關(guān)研究結(jié)果近日發(fā)表在《納米材料》雜志上。

俄羅斯國家研究型技術(shù)大學(xué)碳?xì)浠衔锎呋图庸嶒炇已芯繂T伊萬·佩列文稱：“根據(jù)最嚴(yán)格的要求，只有兩種方法可提高合金的操作性能：創(chuàng)造一種成分更復(fù)雜的新型復(fù)合材料，或者通過施加額外的涂層來處理成品的表面。我們把這兩種方法結(jié)合起來，在微米級氧化鋁和納米級碳纖維相互作用時實現(xiàn)了幾個因素的協(xié)同效應(yīng)。”

佩列文表示，以鑄造和3D 打印的鋁樣品為基礎(chǔ)，通過采用冷噴涂法施加復(fù)合涂層可提高其表面性能。該復(fù)合涂層的基礎(chǔ)是用于獲取鋁的工業(yè)原材料的粉末狀混合物，并添加了30%的純金屬顆粒。在合成過程中，鋁顆粒在遇到較硬的氧化物時會被壓碎，從而填充其結(jié)構(gòu)中的空隙。這種硬質(zhì)和塑料顆粒的組合物為鋁零件表面上的涂層提供了牢固的黏合。另外，納米級碳纖維滲透進(jìn)金屬粉末顆粒的空間中，進(jìn)一步增加微觀層面的密度，極大減少裂縫和空隙的數(shù)量，可提高涂層的硬度和強度。僅添加1.5%的碳納米纖維就會讓涂層硬度增加20%。

研究人員解釋說，還有一個活躍因素是碳的高摩擦性能，這也有助于在粒子碰撞過程中依靠“潤滑”形成致密、無缺陷的涂層結(jié)構(gòu)。此外，依靠“自潤滑”（原位潤滑）向涂層中添加碳可改善摩擦性能和耐磨性。