石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料制備與性能研究

李紅蘭

摘 要：為掌握石墨烯的綜合性能，為它的推廣和應(yīng)用提供參考，采取有效的實驗方法，制備了AZ91鎂合金復(fù)合材料，并對它的綜合性能進行試驗檢測。結(jié)果表明：就AZ91鎂合金復(fù)合材料的構(gòu)成來看，它主要包括Mg和石墨烯。與AZ31鎂合金復(fù)合材料相比，石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料的抗拉強度顯著增強，磨損體積明顯減小，具有良好的綜合性能，能有效地滿足設(shè)備制造需要，值得進一步推廣和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：石墨烯；鎂合金復(fù)合材料；制備；性能

引言

提高設(shè)備綜合性能，使其有效地滿足設(shè)備制作需要，這是每個企業(yè)和工作人員的重要目標和追求。隨著技術(shù)發(fā)展和進步，石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料的性能不斷改進，在設(shè)備制造方面發(fā)揮著重要的作用。同時，為促進設(shè)備綜合性能得到最佳發(fā)揮，采取有效的試驗分析方法，全面掌握設(shè)備綜合性能是必要的。本文通過試驗分析的方法，將該材料與AZ31鎂合金復(fù)合材料進行對比分析，從而對石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料有更為全面的了解和認識，也為該材料的推廣和應(yīng)用提供參考。

1鎂合金的特點

就綜合性能和特點來看，鎂合金的密度輕，強度高，能有效減震降噪，實現(xiàn)對設(shè)備的保護，降低設(shè)備可能遭到損壞的可能，從而保證設(shè)備綜合性能良好。此外，該材料的應(yīng)用，還能讓設(shè)備具有優(yōu)越的電磁屏蔽性能，可以減少電磁輻射給人體或設(shè)備帶來的損害，因而越來越受到人們的重視與關(guān)注。近些年來，隨著科研力度的增強和技術(shù)的進步，整個科研領(lǐng)域?qū)︽V合金的投入力度進一步加大，許多研究成果相繼出現(xiàn)，也推動了鎂合金的廣泛應(yīng)用及其作用的有效發(fā)揮。但不能忽視的是，目前，鎂合金的力學(xué)性能不夠，不僅制約著設(shè)備綜合性能提升，還影響鎂合金大規(guī)模推廣和應(yīng)用。而鎂合金復(fù)合材料有著良好的綜合性能，能夠?qū)⒍咔擅罱Y(jié)合起來，充分發(fā)揮它們的特點和優(yōu)勢，不僅可以提高設(shè)備的綜合性能，還有利于設(shè)備的推廣和應(yīng)用。

2石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料的用途

石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料不僅具有鎂合金的性能和特點，還吸收了鎂合金增強體的優(yōu)勢，能有效發(fā)揮二者的優(yōu)點，在科研領(lǐng)域受到重視與關(guān)注。目前，很多科研人員以及工程技術(shù)人員投入大量的人力與物力，對石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料進行了深入的研究和分析。具體應(yīng)用中，例如，在體育器材方面，石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料因其綜合性能優(yōu)良，滿足設(shè)備制作需要，有著廣泛的應(yīng)用空間和巨大的發(fā)展?jié)摿?。然而，石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組成內(nèi)容比較特殊，為充分發(fā)揮其作用，應(yīng)該從設(shè)備構(gòu)成、制備方法、加工工藝等方面采取完善的措施，加強每個環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，確保原材料性能優(yōu)越，制作方法和工藝先進，能有效滿足要求。目前，由于受到技術(shù)落后、制作工藝和經(jīng)驗不足等因素的影響，設(shè)備綜合性能有待提升，許多問題仍然有待進一步改進和提高，從而為石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料的推廣和應(yīng)用創(chuàng)造條件。同時，為彌補科研和制作工藝領(lǐng)域的不足，本文將采用試驗分析和研究的方法，以石墨烯為增強體，采取有效的方法，制備AZ91鎂合金復(fù)合材料。同時，本文還探討該材料的具體組成、結(jié)構(gòu)特點，對該材料的力學(xué)性能進行了分析。希望能夠加深人們對石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料的認識與了解，為該材料的推廣和應(yīng)用提供參考。

3石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料的試樣材料

試驗研究中，根據(jù)試驗?zāi)康暮途唧w情況，試樣材料選用工業(yè)級Mg、Al、Zn、Mn粉和石墨烯粉。然后對這些材料進行加工和試驗，制作出石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料。為保證材料質(zhì)量和試驗效果，需要嚴格遵循工藝流程制備，其工藝流程為：按配合比稱料→超聲分散→2200N/cm2×3min壓制→500℃×4h真空燒結(jié)→400℃下8：1擠壓→420℃×12h固溶處理。試驗過程中，在試樣里面適量添加酒精，再將試樣進行超聲分散，這樣有利于石墨烯分散，提高工作效率。石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料化學(xué)成分為：Al占2.94%，Zn占0.85%，Mn占0.31%，其他雜質(zhì)元素小于0.1%，Mg為余量，各組成部分所占比例為質(zhì)量分數(shù)。

4石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料的試驗方法

為保證數(shù)據(jù)分析的準確性與可靠性，詳細掌握試驗分析結(jié)果，確保數(shù)據(jù)真實可靠，應(yīng)該采取有效的方法，全面分析并獲取數(shù)據(jù)資料。石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料的顯微組織用顯微鏡觀察和分析，然后獲取數(shù)據(jù)資料，掌握顯微組織基本情況。XRD分析用X射線衍射儀，力學(xué)性能用電子萬能試驗機進行，測試過程中，要在不同溫度狀態(tài)下進行測試和分析，掌握材料的力學(xué)性能，測試溫度分別為-20℃、20℃、300℃，同時用掃描電鏡觀察拉伸斷口。測試復(fù)合材料耐磨損性能時，用高溫摩擦磨損試驗機進行，認真做好數(shù)據(jù)記錄和分析工作，把握要點，保證數(shù)據(jù)準確可靠。要分別在20℃、150℃、350℃的情況下開展測試工作，并嚴格控制磨損荷載、磨輪轉(zhuǎn)速、摩擦磨損時間，仔細獲取并認真記錄數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)資料詳細、可靠，順利完成測試任務(wù)。最終全面了解石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料的基本情況，促進試驗分析結(jié)果的提升，也為全面了解復(fù)合材料基本性能奠定了基礎(chǔ)。

5石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料的試驗結(jié)果

按照上述方法進行試驗和分析，得出以下試驗分析結(jié)果。

5.1顯微組織的試驗結(jié)果

通過觀察，獲取數(shù)據(jù)，然后進行分析，得出石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料試樣的XRD圖譜。分析圖譜可以得知，復(fù)合材料由Mg相和石墨烯相組成。接著獲取復(fù)合材料顯微組織金相照片，由照片可以得知，復(fù)合材料的增強體石墨烯粉分布均勻，結(jié)構(gòu)一致，沒有明顯的團聚現(xiàn)象。這表明復(fù)合材料綜合性能良好，外形結(jié)構(gòu)美觀，能有效滿足設(shè)備制作需要，有利于讓復(fù)合材料更為有效地發(fā)揮作用。

5.2力學(xué)性能的試驗結(jié)果

為了解復(fù)合材料的力學(xué)性能，將石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料與AZ31鎂合金進行比對分析，分別在20℃、150℃、350℃的條件下，遵循規(guī)范要求測試材料的綜合性能。對比分析試驗檢測結(jié)果可以得知，在20℃、150℃、350℃條件下，與AZ31鎂合金相比，石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料的抗拉強度得到顯著提高，性能有明顯改進。-20℃時從104MPa增加至527MPa，20℃時從262MPa增加至538MPa，300℃時從83MPa增加至515MPa。此外，就伸長率來看，-20℃的情況下，復(fù)合材料的伸長率從4%提高到11%，提高了7%。這表明復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能。

5.3耐磨損性能的試驗結(jié)果

為掌握石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料的耐磨損性能，試驗分析過程中，將其與商用AZ31鎂合金進行對比分析，分別在20℃、150℃、350℃的不同條件下，嚴格按規(guī)范要求進行耐磨損性能測試，然后進行比較研究，掌握復(fù)合材料的綜合性能。通過研究和對比可以得知，在上述三種不同的溫度下，石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料磨損體積都比AZ31鎂合金的小。這表明，復(fù)合材料有著更加優(yōu)越的耐磨損性能。此外，與AZ31鎂合金相比，20℃時，復(fù)合材料磨損體積減小了89%，150℃時減小了90%，350℃時減小了91%。而磨損體積越小，證明材料擁有更加優(yōu)越的耐磨損性能?？傊?，該實驗表明，石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料的耐磨損性能良好，得到明顯提高，能有效滿足設(shè)備制作和使用需要。

6結(jié)論

在上述試驗分析的基礎(chǔ)上，可以得出以下幾個結(jié)論，復(fù)合材料應(yīng)用過程中，可以從中獲得啟示與借鑒。

（1）試驗分析和研究中，將石墨烯作為增強體來使用，試驗前對石墨烯進行超聲分散，然后進行壓制燒結(jié)，開展加工處理，嚴格遵循工藝流程進行設(shè)備制作。通過上述實驗流程，能夠制作出石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料。該材料的主要組成部分為Mg和石墨烯，它不僅具有較強的力學(xué)性能，同時也具有較強的耐磨性能，能有效滿足設(shè)備制作和使用要求。并且有利于確保材料和設(shè)備性能，其應(yīng)用也越來越受到重視與關(guān)注。

（2）與AZ31鎂合金復(fù)合材料相比，石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料的抗拉強度顯著增強。例如，-20℃時從104MPa增加至527MPa，20℃時從262MPa增加至538MPa，300℃時從83MPa增加至515MPa。復(fù)合材料抗拉強度的增長幅度大，并且溫度不同，變化幅度不一樣。這對保證材料綜合性能，使其在設(shè)備制作和應(yīng)用中有效發(fā)揮作用具有重要意義。

（3）與AZ31鎂合金復(fù)合材料相比，石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料的磨損體積明顯減小。例如，20℃時，復(fù)合材料磨損體積減小89%，150℃時減小90%，350℃時減小91%。此外，就復(fù)合材料的伸長率來看，-20℃時，材料伸長率從4%提高至11%，20℃和300℃時，復(fù)合材料的延伸率與AZ31鎂合金大致相當。這表明，石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料具有更強的耐磨損性能，在制作和應(yīng)用過程中，可以有效提升設(shè)備的耐磨損性能，讓設(shè)備有效發(fā)揮作用，更好滿足人們使用的需要。

7結(jié)語

綜上所述，試驗分析得知，與AZ31鎂合金復(fù)合材料相比，石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料的抗拉強度顯著增強，磨損體積明顯減小，它的綜合性能更加明顯，能有效滿足產(chǎn)品制作的需要。因此，在制造過程中，值得推廣和應(yīng)用石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料。同時還要嚴格遵循規(guī)范流程操作，把握每個要點，注重提高設(shè)備性能，讓石墨烯AZ91鎂合金復(fù)合材料更為有效地發(fā)揮作用。

參考文獻：

[1]周亞軍，程傳明.SiCw/AZ9復(fù)合材料的制備與力學(xué)性能研究[J].鑄造技術(shù)，2015，36（03）：576-579.

[2]張宏巍，索忠源.不銹鋼絲增強AZ91鎂合金復(fù)合材料的顯微組織及其力學(xué)性能[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報，2011，28（05）：46-49.

[3]楊曉紅，劉勇兵.混雜增強AZ91復(fù)合材料的制備及其顯微組織和性能[J].吉林大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2003，33（09）：60-64.

[4]王剛，楊峰.聚乳酸/石墨烯納米復(fù)合材料的制備與性能研究進展[J].工程塑料應(yīng)用，2014，42（05）：119-124.

[5]劉強，萬里強.聚三唑/石墨烯復(fù)合材料的制備與性能研究[J].熱固性樹脂，2017，32（01）：33-43.

[6]袁秋紅，曾效舒.石墨烯納米片/AZ91鎂基復(fù)合材料制備與力學(xué)性能[J].特種鑄造及有色合金，2016，37（03）：282-286.

[7]張麗萍.體育器材用石墨烯鎂基復(fù)合材料的制備與性能分析[J].熱加工工藝，2015，44（12）：139-142.

[8]劉浩懷，何芝洲.氧化石墨烯/羧甲基纖維素鈉/海藻酸鈉復(fù)合材料的制備與性能研究[J].化工新型材料，2017，44（01）：103-105.

本文系江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目的研究成果，項目編號：GJJ151309。