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随着汽车和航空航天领域的轻量化发展,对镁基复合材料在轻质高强方面提出了更高的要求。碳纳米管具有超强的力学性能、极高的长径比以及稳定的化学性能,是一种理想的增强材料,它的出现为镁基复合材料的发展提供了一个新契机。碳纳米管增强镁基复合材料具有轻质、高比强度、高比刚度、低的热膨胀系数、优良的减震性能及良好的尺寸稳定性等优点,是一种发展潜力巨大的结构功能一体化材料,在航空航天、军工、汽车以及电子封装等领域具有潜在的应用前景。然而由于碳纳米管具有较高的表面自由能和大的长径比,极易发生团聚,难以分散。本文以改善碳纳米管的分散性,制备出高强度碳纳米管增强AZ91D复合材料为研究目标,分别制备了CNTs、镀镍碳纳米管(Ni-CNTs)和镀钴碳纳米管(Co-CNTs)增强的AZ91D复合材料,借助XRD、Raman、TEM、HRTEM、EDX等分析测试手段表征了碳纳米管增强AZ91D复合材料的形貌和显微结构;利用万能力学试验机对其力学性能进行了测试,分析了工艺参数对碳纳米管增强AZ91D复合材料组织与力学性能的影响规律,揭示了碳纳米管增强AZ91D复合材料的强韧化机制。通过搅拌摩擦加工和液态超声复合法成功制备了铸态CNTs/AZ91D复合材料,发现超声处理可以改善碳纳米管的分散性,讨论了超声工艺参数(超声功率、超声时间和超声温度)对铸态CNTs/AZ91D复合材料组织与力学性能的影响;基于增强体被固-液界面俘获或推移的热力学条件,分析了碳纳米管含量对铸态CNTs/AZ91D复合材料碳纳米管分布规律的影响,得到了铸态1.0wt.%CNTs/AZ91D复合材料抗拉强度为247MPa,与基体相比提高了32.8%,观察了基体与复合材料之间的断口形貌变化,探讨了复合材料微观断裂机理。采用液固挤压工艺对铸态CNTs/AZ91D复合材料进行了挤压变形,得到了抗拉强度为389MPa的挤压态CNTs/AZ91D复合材料,与基体相比提高了25.5%。研究了挤压温度和挤压速度对挤压态CNTs/AZ91D复合材料组织与力学性能的影响;讨论了碳纳米管含量对复合材料中β-Mg17Al12相形态和尺寸的影响,发现了碳纳米管与AZ91D基体之间的界面处有Al2Mg C2相产生,分析了Al2Mg C2相的生长方式,并揭示了碳纳米管对镁基复合材料的增强机理。利用均匀金属微滴喷射的3D打印技术将微米AZ91D镁合金液滴喷射至基板上,对比研究了镁合金液滴在碳基板和镍基板上的静态接触角,并采用化学镀方法对碳纳米管进行镀镍改性处理,改善了碳纳米管与镁合金基体之间的润湿性,在此基础上以Ni-CNTs为增强体,制备了Ni-CNTs/AZ91D复合材料,讨论了Ni-CNTs含量对镁基复合材料组织与力学性能的影响,建立了复合材料弹性模量和屈服强度的预测模型,预测结果与实验值较为吻合,定量分析了增强体含量与复合材料增强机理之间的关系。探索了碳纳米管取向对镁基复合材料组织与性能的影响,采用化学镀的方法在碳纳米管表面成功镀上了一层均匀的纳米Co颗粒,磁改性后碳纳米管的饱和磁化强度为2.81 emu/g,矫顽力为1258.2 Oe,是钴粉矫顽力(308 Oe)的4倍多;并在超声场和磁场耦合作用下成功制备了Co-CNTs/AZ91D复合材料,首次实现了在磁场诱导作用下碳纳米管在金属基体中的取向性排列。分别测试了平行于磁场方向和垂直于磁场方向复合材料的抗压强度,发现了复合材料压缩性能的各向异性,研究了磁场强度和加热温度工艺参数对复合材料取向性的影响,讨论了取向Co-CNTs/AZ91D复合材料的压缩断口形貌特征,分析了磁场作用下碳纳米管“链状”团簇体的形成机理。以上研究可为轻质高强的结构材料的研究提供技术保证,对镁基复合材料的发展和应用具有重要的理论指导意义。