基于农业废弃物的纳米级香蕉皮灰增强可持续Al7075-T6铝基复合材料的微观结构-性能关联性研究

《Scientific Reports》：Microstructure-property correlation in sustainable Al7075-T6 aluminium matrix composites reinforced with nanoscale banana peel ash derived from agro-waste

　　

摘要

开发具有改进机械性能和降低环境影响的轻质铝基复合材料（AMCs）仍然是一个重大挑战，尤其是在用可持续且低成本的替代材料取代传统的陶瓷增强材料方面。本研究探讨了源自农业废物的纳米级香蕉皮灰（nano-BPA）作为Al7075-T6铝基复合材料可持续增强材料的潜力。香蕉皮经过脱水、煅烧和高能球磨处理，得到平均粒径为20.2纳米的nano-BPA。通过搅拌铸造法制备了添加0%、2%和4% nano-BPA的Al7075-T6复合材料。通过对这些材料进行粒径分析、热重分析（TGA）、扫描电子显微镜（SEM）、能量分散X射线光谱（EDS）、拉伸测试和布氏硬度测量，评估了其性能。结果表明，随着nano-BPA含量的增加，机械性能明显提升：未增强的Al7075-T6合金的极限抗拉强度为110 MPa，而添加4% nano-BPA的复合材料抗拉强度达到了197.5 MPa，提高了79.5%；布氏硬度也从148 HBW增加到173.11 HBW，提高了17.0%。热重分析证实了nano-BPA的热稳定性，而扫描电子显微镜和能量分散X射线光谱分析显示增强材料分布均匀，基体与颗粒之间的界面结合良好。在所有测试组中，添加4% nano-BPA的复合材料表现出最高的抗拉强度和硬度，并具有良好的热稳定性和微观结构完整性。这些结果表明，nano-BPA不仅能够有效提升Al7075-T6的机械性能，还能实现农业废弃物的再利用，具有较高的附加值。