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摘 要

碳纳米管具有优异的机械，化学和力学性能，经常作为性能增强体应用到各种复合材料整体上，通过电泳沉积技术在复合钛板上形成一层碳纳米管覆膜，可以改善复合钛板及其层板的整体性能。为了深入研究钛板表面氧化处理工艺对钛板上电泳沉积碳纳米管的影响，本研究课题重点探究了不同的钛板表面氧化处理工艺方法（原始即不对钛板进行表面处理、喷砂加热处理、阳极氧化混合处理、喷砂和阳极氧化混合处理）对钛板上电泳沉积碳纳米管的性能影响规律，分析了不同钛板表面处理工艺导致的不同钛板表面粗糙度差别对钛板上电泳沉积碳纳米管的影响规律，确定了以上四种表面处理技术方法中对钛板基体上电泳沉积物的碳纳米管性能提升最好的一种方法。喷砂和阳极氧化处理可以增加钛板表面粗糙度，提高钛板和碳纳米管的粘接性，增加钛板上电泳沉积碳纳米管的数量，从而改善钛板及其层板的性能。在本课题使用的四种表面处理方法中，经过表面喷砂和阳极氧化处理的钛板上电泳沉积碳纳米管的性能最好。

关键词：碳纳米管 电泳沉积 表面处理

Abstract

Carbon nanotubes (CNTs) have excellent mechanical, chemical and mechanical properties. They are often used as performance enhancers in various composite materials as a whole. A layer of CNTs coating is formed on the composite titanium plate by electrodeposition technology, which can improve the overall performance of the composite titanium plate and its laminates. In order to further study the influence of titanium plate surface oxidation treatment process on the electrophoretic deposition of carbon nanotubes on titanium plate, this study focuses on the influence of different surface oxidation treatment process methods (original i.e. no surface treatment, sandblasting heating treatment, anodizing mixed treatment, sandblasting and anodizing mixed treatment) on the performance of electrophoretic deposition of carbon nanotubes on titanium plate The effect of different surface roughness caused by different titanium plate surface treatment processes on the electrophoretic deposition of carbon nanotubes on titanium plate was analyzed, and the best method to improve the performance of carbon nanotubes on the electrophoretic deposition of titanium plate was determined.Sandblasting and anodizing can increase the surface roughness of titanium plate， improve the adhesion between titanium plate and carbon nanotubes， and increase the number of carbon nanotubes electrodeposited on titanium plate， so as to improve the performance of titanium plate and its laminates. Among the four surface treatment methods used in this project， the performance of carbon nanotubes electrodeposited on titanium plate treated by sandblasting and anodizing is the best.

Keywords：Carbon nanotubes；Electrophoretic deposition；Surface treatment

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 纤维金属层板背景及发展 1

1.2 碳纳米管及其作用 3

1.3 电泳沉积 4

1.4 表面处理 6

1.5 研究方法及目的 6

第二章 钛板表面处理和电泳沉积CNTs制备与表征测试 8

2.1 实验药品与仪器 8

2.1.1 实验药品 8

2.1.2 实验仪器 8

2.2 实验步骤 9

2.2.1 碳纳米管分散液制备 9

2.2.2 钛板表面处理 9

2.2.3 钛板上电泳沉积CNTs制备 9

2.2.4 单搭接试样制备 10

2.2.5 不同表面处理的钛板上电泳沉积CNTs的SEM表征测试 11

2.2.6 钛板表面接触角测试 12

2.2.7 钛板单搭接剪切性能测试 13

2.2.8 单搭接实验后剪切断裂面SEM表征测试 14

第三章 实验结果与讨论 15

3.1 表面处理钛板上电泳沉积CNTs的SEM表征结果预测 15

3.2 钛板表面接触角测试结果预测 18

3.3 钛板单搭接试样性能测试结果预测 19

3.4 单搭接实验后剪切断裂面SEM表征结果预测 19

结 语 21

参考文献 22

致 谢 25

绪论

纤维金属层板背景及发展

纤维金属层板（Fiber metal laminates，FMLs）是一种利用胶黏剂把两层或多层金属薄板和夹在薄板之问的增强纤维胶接在一起，在一定条件下固化成型的层间混杂复合材料。图1.1为纤维金属层板的结构示意。传统的金属材料层板抗疲劳能力比较差，以纤维增强树脂作为基底的复合材料有着较高的单向，但经过层合工序过后性能会降低很多，并且断裂方式呈现脆性断裂。纤维金属层板则打破两者之间的界限，采用适当的工艺将二者有机结合起来，其兼具传统纤维复合材料和金属材料两者的特点，使它们取长补短，相辅相成^[1]。纤维金属层板既发挥了传统纤维复合材料和金属材料的优势，又弥补了单一传统纤维复合材料和金属材料的不足。纤维金属层板具有比强度和比刚度高、高韧性、耐腐蚀、耐高温、耐冲击等优点。按照纤维金属层板的增强纤维和金属基板分类，可分为芳纶纤维增强铝合金层板（Aramid Reinforced Aluminum Laminates，ARALL）、玻璃纤维增强铝合金层板（Glass Reinforced Aluminum Laminates，GLARE）、碳纤维增强铝合金层板（Carbon Reinforced aluminum laminates，CARE）和石墨纤维增强钛合金层板（Titanium/Graphite hybrid laminates，TiGr）^[2]。

图1.1 纤维金属层板结构示意图

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