碳纳米纤维增加铝复合材料硬度

科技日报莫斯科6月27日电 （记者董映璧）俄罗斯科研人员将碳纳米纤维添加到铝复合材料中，使铝复合材料的硬度增加了20%，材料结构在微观层面上也发生了极大变化。有关专家指出，这项研究不仅改善了特定铝合金的性能，而且对许多铝及其合金部件来说都具有极大的实际意义。相关研究结果近日发表在《纳米材料》杂志上。

俄罗斯国家研究型技术大学碳氢化合物催化和加工实验室研究员伊万·佩列文称：“根据最严格的要求，只有两种方法可提高合金的操作性能：创造一种成分更复杂的新型复合材料，或者通过施加额外的涂层来处理成品的表面。我们把这两种方法结合起来，在微米级氧化铝和纳米级碳纤维相互作用时实现了几个因素的协同效应。”

佩列文表示，以铸造和3D打印的铝样品为基础，通过采用冷喷涂法施加复合涂层可提高其表面性能。该复合涂层的基础是用于获取铝的工业原材料的粉末状混合物，并添加了30%的纯金属颗粒。在合成过程中，铝颗粒在遇到较硬的氧化物时会被压碎，从而填充其结构中的空隙。这种硬质和塑料颗粒的组合物为铝零件表面上的涂层提供了牢固的黏合。另外，纳米级碳纤维渗透进金属粉末颗粒的空间中，进一步增加微观层面的密度，极大减少裂缝和空隙的数量，可提高涂层的硬度和强度。仅添加1.5%的碳纳米纤维就会让涂层硬度增加20%。

研究人员解释说，还有一个活跃因素是碳的高摩擦性能，这也有助于在粒子碰撞过程中依靠“润滑”形成致密、无缺陷的涂层结构。此外，依靠“自润滑”（原位润滑）向涂层中添加碳可改善摩擦性能和耐磨性。