本发明涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种MWCNTs/1060铝基复合材料。
背景技术：
多壁碳纳米管(Multi-walled Carbon Nano-tubes，MWCNTs)具有良好的化学稳定性、热稳定性及超高的弹性模量和强度。将多壁碳纳米管作为增强相添加进各种金属材料中已成为一个非常有效的技术。用其制备的复合材料综合性能良好且密度低，在航天、航空及船舶方面具有巨大的应用潜力。
搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing，FSP)是一种新型固态连接技术和微观组织改性方法。通过材料的剧烈塑性变形、混合与破碎，在摩擦热和机械搅拌的共同作用下发生动态再结晶，从而使组织细化、均匀化和致密化，以提高材料的性能。由于纯铝具有良好的塑性流动性能，经FSP后能使增强相均匀弥散于铝基体中，得到综合性能优良的铝基复合材料。
技术实现要素：
本发明的目的是为了改善铝基复合材料的耐磨性，设计了一种MWCNTs/1060铝基复合材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
MWCNTs/1060铝基复合材料的制备原料包括：采用1060铝板为基体材料，其尺寸为300mm ×100mm×5mm。增强相为MWCNTs。主要参数为：直径20nm-40nm，长度5μm～151μm，纯度>98％。
MWCNTs/1060铝基复合材料的制备步骤为：在1060铝板上沿板中心线打盲孔，将两板开孔面以中心线为基准相叠加进行加工。制备过程采用5道次往复加工。搅拌针直径为8mm，长度为8mm，搅拌头旋转速度为950r/min，加工速度为30mm/min，倾斜角为20。
MWCNTs/1060铝基复合材料的检测步骤为：用WDS-100电子万能试验机对复合材料进行拉伸试验，测定其抗拉强度和延伸率，拉伸速率为2mm/min；用FEI QUANTA200型扫描电子显微镜对拉伸断口进行观察。在M-2000型微机控制摩擦磨损试验机上进行磨损试验，在精度为0.1mg的BS224S电子天平上测出摩损前后的质量损失，用FEI QUANTA200型扫描电子显微镜对磨损试样表面进行观察。为表示复合材料的性能与MWCNTs体积分数之间的关系，把文中MWCNTs在铝基复合材料中含量为0时的试样表示为MWCNTs0/AI，MWCNTs含量为1.6%时的试样表示为MWCNTsl.6/A1。
本发明的有益效果是：
当CNTs体积分数为1.6％时，宏观断口分布有大量纤维区域，为典型的微孑L聚集性断裂特征。当CNTs体积分数为6％时，宏观断口无纤维区域，微观分布着细小的韧窝，为宏观脆性断裂、微观韧性断裂。断裂机制以CNTs与基体脱粘和拔出为主。CNTs体积分数不大于6％的范围内，复合材料的抗拉强度和延伸率随CNTs体积分数的增加，分别呈上升和下降趋势。当CNTs体积分数为6％时．抗拉强度达到189.8Mpa，为纯铝经5道次FSP的2.05倍，且延伸率下降到10.3％，与未加CNTs经5道次FSP后的纯铝相比，延伸率降低了72.5％。随着CNTs体积分数的增加，复合材料的磨损量呈降低趋势，并逐渐趋于稳定。经FSP的纯铝试样磨损表面分布着整齐平行的犁沟，磨损过程为磨粒磨损；复合材料的磨损过程为磨粒磨损和固体润滑膜的脱落。
具体实施方式
实施案例1：
MWCNTs/1060铝基复合材料的制备原料包括：采用1060铝板为基体材料，其尺寸为300mm ×100mm×5mm。增强相为MWCNTs。主要参数为：直径20nm-40nm，长度5μm～151μm，纯度>98％。MWCNTs/1060铝基复合材料的制备步骤为：在1060铝板上沿板中心线打盲孔，将两板开孔面以中心线为基准相叠加进行加工。制备过程采用5道次往复加工。搅拌针直径为8mm，长度为8mm，搅拌头旋转速度为950r/min，加工速度为30mm/min，倾斜角为20。MWCNTs/1060铝基复合材料的检测步骤为：用WDS-100电子万能试验机对复合材料进行拉伸试验，测定其抗拉强度和延伸率，拉伸速率为2mm/min；用FEI QUANTA200型扫描电子显微镜对拉伸断口进行观察。在M-2000型微机控制摩擦磨损试验机上进行磨损试验，在精度为0.1mg的BS224S电子天平上测出摩损前后的质量损失，用FEI QUANTA200型扫描电子显微镜对磨损试样表面进行观察。为表示复合材料的性能与MWCNTs体积分数之间的关系，把文中MWCNTs在铝基复合材料中含量为0时的试样表示为MWCNTs0/AI，MWCNTs含量为1.6%时的试样表示为MWCNTsl.6/A1。
实施案例2：
CNTs体积分数1.6％的断口形貌图宏观断口高低不平，在中心区，存在纤维状区域，该区域是塑性变形过程中微裂纹不断扩展和相互连接造成的，纤维区布满了整个中心区域，宏观上呈韧性断裂特征；CNTs体积分数为6％的断口由层状撕裂棱组成，宏观上呈脆性断裂特征。前者为韧性断裂，后者为脆性断裂。与CNTs6/A1的复合材料相比，由于CNTsl.6/AI复合材料的CNTs含量较低，在基体中分布更加均匀，产生团聚的可能性相对较小，与基体结合更加紧密，界面结合状态更加牢固。因此，在CNTs体积分数从1.6％增加到6％的过程中，复合材料的断裂特性从韧性断裂转变为脆性断裂。CNTs在拉伸端口表面被拔出。由于MWCNTs的加入改变了铝基体的结构特性，在拉伸变形初期，铝基体与CNTs共同承受外力作用，其中以铝基体为主要受力者，此时CNTs在一定程度上约束着铝基体。随着载荷增大，基体开裂后部分基体退出工作，横跨裂缝的CNTs就成了主要的受力者。随着裂缝的继续扩展，CNTs继续承受荷载，使复合材料最终的破坏载荷得以提高，当CNTs受到的拉力大于界面结合力时，CNTs脱粘被拔出。
实施案例3：
随着CNTs体积分数的增加，复合材料的抗拉强度逐渐升高，当CNTs体积分数为6％时，抗拉强度达到189.8Mpa，为纯铝经5道次FSP的2.05倍。当CNTs铝基复合材料受拉伸力作用时，CNTs是载荷的主要承担着，而铝基体起固定CNTs和传递载荷的作用，由于CNTs具有超强的力学性能，所以能在承受较高的载荷下不发生断裂。随着CNTs添加量的增加，在同等的拉伸载荷下，均分在每一根CNTs的载荷将变小，复合材料能够承受的临界载荷将增大，因此，当CNTs在铝基体中均匀分布时，随着CNTs体积分数的增大，复合材料的强度呈上升趋势。
实施案例4：
随着CNTs体积分数的增加，延伸率呈下降趋势，当CNTs体积分数为6％时，延伸率下降到10.3％，相对于未加CNTs经FSP后的纯铝，延伸率降低了72.5％。由于CNTs与纯铝的物理性能和力学性能相差较大，当其加人到纯铝中时，破坏了基体的连续性，复合材料拉伸变形时，铝基体已达到屈服强度变形，但CNTs尚未达到，使得CNTs与铝基体变形时产生不协调，在界面可能受到数倍拉伸应力的作用而发生开裂和脱粘。因此，随着CNTs体积分数的增大，延伸率呈降低趋势。
实施案例5：
经FSP纯铝的磨损表面。试样表面分布了平行整齐的犁沟，且犁沟较深，在犁沟旁分布有片状层，为典型的磨粒磨损特征。犁沟的产生是由于摩擦副上的微凸体或摩擦过程中产生的硬质颗粒对试样表面切屑的结果。这是由于纯铝基体较软，在磨损过程中，产生的硬质颗粒和摩擦副表面的微凸体对磨损试样表面不断犁削的结果。在磨损表面同样观察到平行的犁沟，但犁沟较浅，同时在磨损试样表面观察到了一定覆盖程度的固体自润滑膜，正是由于CNTs剥落粘附在试样表面，从而使复合材料磨损量降低，形成的润滑膜在随后的交变压力作用下不断脱落和修复。复合材料的磨损过程为磨粒磨损和自润滑膜的脱落。磨损试样表面的犁沟相对更少，自润滑膜的覆盖程度更大，CNTs起到的润滑减磨效果更好。复合材料的磨损过程主要为磨粒磨损和自润滑膜的脱落及修复。