碳納米纖維增加鋁複合材料硬度

科技日報莫斯科6月27日電 （記者董映璧）俄羅斯科研人員將碳納米纖維添加到鋁複合材料中，使鋁複合材料的硬度增加了20%，材料結構在微觀層面上也發生了極大變化。有關專家指出，這項研究不僅改善了特定鋁合金的性能，而且對許多鋁及其合金部件來説都具有極大的實際意義。相關研究結果近日發表在《納米材料》雜誌上。

俄羅斯國家研究型技術大學碳氫化合物催化和加工實驗室研究員伊萬·佩列文稱：“根據最嚴格的要求，只有兩種方法可提高合金的操作性能：創造一種成分更復雜的新型複合材料，或者通過施加額外的塗層來處理成品的表面。我們把這兩種方法結合起來，在微米級氧化鋁和納米級碳纖維相互作用時實現了幾個因素的協同效應。”

佩列文表示，以鑄造和3D打印的鋁樣品為基礎，通過採用冷噴塗法施加複合塗層可提高其表面性能。該複合塗層的基礎是用於獲取鋁的工業原材料的粉末狀混合物，並添加了30%的純金屬顆粒。在合成過程中，鋁顆粒在遇到較硬的氧化物時會被壓碎，從而填充其結構中的空隙。這種硬質和塑料顆粒的組合物為鋁零件表面上的塗層提供了牢固的黏合。另外，納米級碳纖維滲透進金屬粉末顆粒的空間中，進一步增加微觀層面的密度，極大減少裂縫和空隙的數量，可提高塗層的硬度和強度。僅添加1.5%的碳納米纖維就會讓塗層硬度增加20%。

研究人員解釋説，還有一個活躍因素是碳的高摩擦性能，這也有助於在粒子碰撞過程中依靠“潤滑”形成緻密、無缺陷的塗層結構。此外，依靠“自潤滑”（原位潤滑）向塗層中添加碳可改善摩擦性能和耐磨性。