热挤压工艺对石墨烯铝基复合材料增强增韧的作用及机理研究

Graphene reinforced aluminum alloy composites are one of the most potential material in automobile, military and space aviation . But how to increase its strength further and at the same time increase the ductility is the bottleneck which limit the development and application of the material. Hot extrusion is the most popular deformation process in the fabrication of graphene reinforced aluminum alloy composites. Because it can enhance the strength of the composites further without the contribution of the ductility using some parameters. So it is necessary to study the role of hot extrusion in the strength and ductility enhancement of graphene reinforced aluminium alloy composites. In this work, we will study the role of hot extrusion in the strength and ductility enhancement of graphene reinforced aluminium alloy composites by using microstructural, mechanical test and theoretical models, supplying reference for the further strength enhancement as well as ductility improvement. Calculate the different strength enhancement effectiveness using different parameters in the hot extrusion, analyze the effect of the process parameters on the properties of graphene reinforced aluminium alloy composites and build the corresponding criterion. In addition, we will study the solid-welding behavior of the graphene reinforced aluminium alloy composites. It is also important for the strength and ductility of graphene reinforced aluminium alloy composite and will offer theoretical reference for the industrialization of the new material.

石墨烯铝基复合材料是国防、航空航天领域最具应用前景的材料之一。但是如何在增强的同时又能保障其韧性成为限制该材料发展和应用的瓶颈。热挤压工艺可以使石墨烯铝基复合材料强度进一步增加的同时，在一定工艺参数下还能确保其韧性，所以非常有必要对其中的增强增韧机理进行系统研究。本项目拟利用微观组织和力学性能表征手段，结合材料增强增韧理论模型，针对热挤压在石墨烯铝基复合材料增强增韧中的作用进行系统研究，为进一步提高石墨烯铝基复合材料强度的同时确保其韧性提供理论参考；计算不同参数下热挤压工艺对材料增强效率的差别，研究热挤压工艺重要参数对石墨烯铝基复合材料性能的影响及机理，建立挤压参数选取规范；针对石墨烯铝基复合材料在平面分流模具挤压中的固态焊合行为及焊合区域的强韧性等力学性能进行研究，对石墨烯铝基复合材料固体焊合行为进行评价，为其工程应用的扩展提供理论借鉴。

铝具有易回收，可循环利用，并且具有质量轻、高强、高韧、耐蚀、耐热及良好的延展性等性能，石墨烯作为具有超高力学性能和电、热性能的二维纳米材料，可与铝及铝合金复合，制备增强减重潜力巨大的铝基增强复合材料，是国防、航空航天、汽车、轨道交通等领域轻量化过程中最具应用前景的材料之一。本项目主要针对石墨烯增强铝基复合材料的增强增韧，利用微观组织和力学性能表征手段，结合材料增强增韧理论模型，对石墨烯铝基复合材料的制备工艺进行了参数优化，对制备得到的复合材料进行热力学性能分析，获取其本构方程及热加工图，在此基础上进行复合材料的热挤压模拟和试验，对热挤压在石墨烯铝基复合材料的增强增韧中的作用进行了系统研究。本项目获取了铝基石墨烯复合材料的制备工艺参数、热加工性能、热挤压工艺参数选取规范；本项目试验结果表明：热挤压工艺可使石墨烯铝基复合材料晶粒细化、晶粒沿挤压方向分布、石墨烯能够促进晶粒细化，促进挤压垂直截面方向形成等轴晶粒；使石墨烯层数减少、分布进一步弥散化；促进位错密度在晶界处堆积；故热挤压对铝基石墨烯复合材料的强化机制主要为细晶强化、弥散强化以及石墨烯层数减少带来的剪切滞后模型强化；计算了不同热挤压工艺参数下挤压工艺对材料增强的效率，研究热挤压工艺重要工艺参数的选取对石墨烯复合材料性能的影响及机理；针对石墨烯铝基复合材料在平面分流模具挤压中的固态焊合行为及焊合区域的强韧性等力学性能进行研究，对石墨烯铝基复合材料固体焊合行为进行评价，为其工程应用的扩展提供理论基础。