聚醚胺改性氧化石墨烯增强Ti–6Al–4V基复合材料的组织和性能

张忠强; 薛航; 陈安琦; 脱锦鹏; 尚伟; 朱明; 董龙龙; 陈明华

doi:10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2024050016

粉末冶金技术 ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (5) : 585 -592+609. DOI: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2024050016

聚醚胺改性氧化石墨烯增强Ti–6Al–4V基复合材料的组织和性能

张忠强, 薛航, 陈安琦, 脱锦鹏, 尚伟, 朱明, 董龙龙, 陈明华

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摘要

针对石墨烯在金属基体中严重团聚造成复合材料力学性能不佳的问题，选用有机溶剂聚醚胺（polyether amine,PEA）对氧化石墨烯纳米片（graphene oxide nanosheets,GONs）进行表面原位改性，合成了氧化石墨烯单体（graphene oxide monomers,GOMs），然后利用超声搅拌和放电等离子烧结技术制备了氧化石墨烯增强Ti–6Al–4V(TC4)基复合材料GONs/TC4和GOMs/TC4，研究了GONs和GOMs对TC4基体显微组织和力学性能的影响，并探讨了GOMs/TC4复合材料的断裂行为和强化机制。结果表明：相比TC4合金，GONs/TC4复合材料基体组织细化，且形成了片层结构TiC颗粒，其长度约为15.0μm；而GOMs/TC4复合材料的基体组织细化更明显，复合材料相对密度高，TiC在基体中以等轴颗粒状分布，说明GOMs在TC4基体中的分散性得到显著改善。通过聚醚胺改性GONs显著提升了TC4基复合材料的力学性能，GOMs/TC4复合材料的抗拉强度达到1054.0 MPa，较TC4合金和GONs/TC4复合材料分别提高了20.6%和6.0%，而且仍然保持较高的断后延伸率（约为8.0%），其断口呈现韧性断裂特征。GOMs/TC4复合材料的主要强化机制是细晶强化和GOMs载荷传递强化。

关键词

聚醚胺 / 氧化石墨烯 / 钛基复合材料 / 强化机理 / 界面改性

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张忠强, 薛航, 陈安琦, 脱锦鹏, 尚伟, 朱明, 董龙龙, 陈明华. 聚醚胺改性氧化石墨烯增强Ti–6Al–4V基复合材料的组织和性能[J]. 粉末冶金技术, 2025, 43(5): 585-592+609 DOI:10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2024050016