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学号:355906308009
南昌大学博士研究生
学位论文
碳纳米管对钢的影响及其在钢液中的结构变化
Effect of Carbon Nanotube on Steel T Structural Change in
Steel Melt
周泽华
培养单位(院、系):机电工程学院
指导教师姓名、职称:辛勇教授, 曾效舒教授
申请学位的学科门类:工学
学科专业名称:材料加工工程
论文答辩日期:
答辩委员会主席:
评阅人:
年月日
学位论文独创性声明
一、学位论文独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的
研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含
其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得南昌大学或其他教育机
构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡
献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
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月
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本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定,同意
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日
论文题目碳纳米管对钢的影响及其在钢液中的结构变化
周泽华学号 355906308009 论文级别博士■硕士□
院/系/所机械电子工程系专业材料加工工程
姓
名
E_mail
zzehua@
备注:
□公开□保密(向校学位办申请获批准为“保密”,
年
月后公开)
攻读学位期间的研究成果
摘要
碳纳米管以优异的物理化学性能在增强金属基复合材料方面具有优势,但
如何将轻质碳纳米管添加进钢基体中一直是碳纳米管复合材料领域的难点。本
文探索了三种把碳纳米管添加到钢基体中的方法,最终确定使用铸造冲入法将
碳纳米管植入钢基体中,制备了钢基碳纳米管复合材料,研究了碳纳米管对钢
的影响。
对制备过程中涉及到的碳纳米管分散,碳纳米管与基体的结合,进行了研
究与分析,运用扫描电镜,透射电镜以及拉伸试验,金相分析等分析测试手段
观察分析了复合材料的组织结构,测试了复合材料的力学性能,对微观组织结
构影响宏观力学性能进行了初步探讨。首次发现碳纳米管在浇注过程中形成了
快速石墨化现象,对所发现笔直的石墨化碳纳米管进行了观察和研究。
先将碳纳米管与铝粉混合球磨,得到混合物后将其置于压力机下制成饼状
预制块,然后将这样的预制块粉碎并过筛得到粒度为 2 mm 的均匀颗粒,将此预
制块颗粒撒放在浇包底部,倒入 1550 ℃钢液,混合 5 s 后浇入铸型内得到复合
材料。
对复合材料的力学性能进行测试,发现碳纳米管有助于提高复合材料的拉
伸性能、硬度、摩擦磨损性能,其最优加入量为:对于拉伸性能,加入量以 %
最优;对于硬度,加入量以 %最优;对于摩擦系数,加入量以 %最优;
对于磨损量,加入量以 %最优。
对复合材料的金相分析结果表明:碳纳米管的添加对基体有着较为明显的
晶粒细化作用:随着碳纳米管加入量的增加,晶粒度水平有提高,在碳纳米管
加入量为 %时候效果最好,其后随着碳纳米管加入量增加,晶粒度水平降低;
碳纳米管的添加对晶粒度的影响是有方向性的。随着碳纳米管加入量的增加,
基体在其中一个方向的晶粒度越来越高,在另一个方向上的影响不明显。
使用场发射扫描电镜和高分辨透射电镜对样品进行形貌分析。发现碳纳米
管与钢形成“钢筋混凝土式”加强结构,照片显示钢液能够包裹碳纳米管,从
而形成加强结构,承担外来载荷,使得复合材料的力学性能得以提高。
发现笔直碳纳米管。高分辨透射电镜结果显示笔直碳纳米管管壁高度平行
排列,这显示碳纳米管在浇注时在钢液的催化作用下形成了快速而完全的石墨
I
攻读学位期间的研究成果
化。而这样的笔直碳纳米管使碳纳米管分散问题得到完全解决成为可能。
首次发现能在 1550℃以下数十秒内使碳纳米管达到几乎完全石墨化的程
度。管壁高度平行排列显示原始碳