CN102808141A

CN102808141A - 一种制备碳纳米管增强Al-Mg合金复合材料的方法

Info

Publication number: CN102808141A
Application number: CN2012103181118A
Authority: CN
Inventors: 蔡晓兰; 陈亚光
Original assignee: KUNMING HAICHUANGXING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: KUNMING HAICHUANGXING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-09-01
Filing date: 2012-09-01
Publication date: 2012-12-05

Abstract

本发明涉及一种碳纳米管增强Al-Mg合金复合材料的制备方法。以铝镁合金粉末和碳纳米管作为原料,加入过程控制剂,经过球磨、在惰性气分下钝化,然后放入真空炉内进行热压烧结,制得碳纳米管增强铝镁合金复合材料。该方法能在较短的时间内使碳纳米管均匀的分散在铝镁合金基体中，充分发挥碳纳米管密度小、强度高、电导率和热导率高、耐强酸强碱和高温氧化等特性，所制备的复合材料性能得到有效提高。

Description

一种制备碳纳米管增强Al-Mg合金复合材料的方法

技术领域

本发明涉及一种制备碳纳米管增强Al-Mg合金复合材料的方法,属于粉末冶金材料制备技术领域。

背景技术

碳纳米管（Carbon nano-tubes，CNTs）是一种结构中空的纳米材料，具有密度小、强度高、长径比大、比表面积大、高温稳定而不易与金属发生反应、电导率和热导率高、热膨胀系数低、耐强酸强碱和高温氧化等特性，被认为是最理想的复合材料增强相。然而，目前关于碳纳米管增强金属基复合材料的研究都面临着以下问题：1.碳纳米管与金属基体的润湿性差，不能形成良好的界面；2.碳纳米管容易发生团聚，当加入量增多时很难均匀的分散在金属基体中，从而影响了复合材料的性能。铝合金有着低密度、高比强度、高弹性模量等优点，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶等领域已大量应用，具有广阔的发展前景。

在公开号为CN1827827A名称为“一种碳纳米管增强铝基复合材及其空气热压制备方法”中，用无水乙醇作为分散剂把碳纳米管和金属粉末混合，再进行机械搅拌和超声分散，然后进行真空干燥，最后进行冷静压和空气热压；在公开号为CN102424919A名称为“碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法”中，首先采用化学气相沉积法制备碳纳米管/铝复合粉末，随后对复合粉末进行机械球磨，最后压制成型；在公开号为CN101864547A名称为“均匀分散的碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法”中，先用镍盐和铝粉制备催化剂前驱体粉末，把前驱体粉末经过煅烧和氢气还原制备Ni/Al催化剂，制备的Ni/Al催化剂再与碳源气和载气经过催化裂解反应制备出碳纳米管和铝复合粉末，最后复合粉末压制成型；在公开号为CN101914735A名称为“超声波焊接制备碳纳米管增强铝基复合材料”中，首先把浓酸纯化后的碳纳米管在无水乙醇中进行超声剪切处理，再把碳纳米管放在两块处理过的铝片之间，采用超声焊接法进行焊接成型制备成复合材料；综上，为了解决碳纳米管在基体中的分散问题，研究者多采用复杂的湿法工艺对碳纳米管进行改性或制备碳纳米管/金属粉末复合粉体，这些方法过程繁琐，时间较长，影响因素多，工艺的稳定性和重现性差，不利于工业化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纳米管增强Al-Mg合金复合材料的制备方法。以铝镁合金粉末和碳纳米管作为原料,加入过程控制剂经过球磨、在惰性气分下钝化, 然后放入真空炉内进行热压烧结,制得碳纳米管增强铝镁合金复合材料。该方法能在较短的时间内使碳纳米管均匀的分散在铝镁合金基体中，充分发挥碳纳米管密度小、强度高、电导率和热导率高、耐强酸强碱和高温氧化等特性，所制备的复合材料性能得到有效提高。

本发明按如下步骤完成：

（1）以平均粒度为20-100μm的铝镁合金粉末和碳纳米管作为原料,其中，铝镁合金粉末的成分及含量为铝94-99wt%、镁1-6wt%,碳纳米管含量为铝镁合金粉末总量的1-5wt%;

（2）把上述配好的原料和球磨过程控制剂混合成混合物料,加入球磨机中进行球磨，过程控制剂含量为铝镁合金粉末总量的1-5wt%,球磨介质为不锈钢钢球，球料比为5- 30:1，球磨机搅拌轴转速为800-1200转/分，球磨时间为60-150min，球磨气氛为惰性气；所述的过程控制剂是硬脂酸、正庚烷、无水乙醇、硬脂酸锌和聚乙烯醇中的一种或几种的混合物；

（3）把球磨后的混合物料收集在出料桶内，随后放置在有惰性气体的手套箱内钝化3-10小时，得到复合粉体;

（4）将钝化后的复合粉体加入磨具中，然后放入真空炉内进行热压烧结,热压烧结温度为300-600℃，真空度5×10^-2pa、压力为50-100Mpa、保压时间为60-180min, 制得碳纳米管增强铝镁合金复合材料成品。

与公知技术相比的优点：本方法采用干法工艺制备碳纳米管/铝镁合金复合粉末，相比于繁琐的湿法工艺，省去了超声分散、浓酸酸化、过滤等工艺，在较短的时间内就可以使碳纳米管均匀的分散在基体中，充分发挥碳纳米管密度小、强度高、电导率和热导率高、耐强酸强碱和高温氧化等特性，所制备的复合材料性能得到有效提高,制备工艺流程短。

具体实施方式

实施例1：取100g平均粒度分为20-35μm的铝镁合金粉末，其中合金成分及含量为Al 94wt%、Mg 6wt%，1.5g碳纳米管和3g聚乙烯醇，碳纳米管的纯度大于99.5%,直径为20-60nm，长度为5-30μm，把原料混合后加入到高能球磨机内,球料比为20:1，搅拌轴转速为1000转/分，球磨时间为60min，钢球和混合物料总量占球磨机内腔体积的30-50%，球磨气氛为氩气,随后，把球磨过的粉末装入出料桶内，放入充有氩气的手套箱内进行钝化 5小时,将钝化后的复合粉末进行真空热压烧结，烧结温度为420℃，真空度5×10^-2pa，压力为50Mpa、保压时间为60min,制得碳纳米管增强铝镁合金复合材料成品。其致密度为：98.6%，布氏硬度为：76.3HB。

实施例2：取100g平均粒度分为35-50μm的铝镁合金粉末，其中合金成分及含量为：Al：96wt%、Mg：4wt%，2.5g碳纳米管，2.5g正庚烷及2.5g硬脂酸锌，碳纳米管的纯度大于99.5%,直径为20-60nm，长度为5-30μm，把原料混合后加入到高能球磨机内, 球料比为25:1，搅拌轴转速为900转/分，球磨时间为80min，钢球和混合物料占球磨机内腔体积的30-50%，球磨气氛为氩气,随后，把球磨过的粉末装入出料桶内，放入充有氩气的手套箱内进行钝化 7小时,将钝化后的复合粉末进行真空热压烧结，烧结温度为440℃，真空度5×10^-2pa，压力为70Mpa、保压时间为90min,制得碳纳米管增强铝镁合金复合材料成品。其致密度为：98.2%，布氏硬度为：80.2HB。

实施例3：取100g平均粒度为50-100μm的铝镁合金粉末，其中合金成分及含量为Al 97wt%、Mg 3wt%，4g碳纳米管和2g硬脂酸，把原料混合后加入到高能球磨机内,球料比为30:1，搅拌轴转速为1100转/分，球磨时间为110min，球磨气氛为氩气,随后，把球磨过的粉末装入出料桶内，放入充有氩气的手套箱内进行钝化 10小时,将钝化后的复合粉末进行真空热压烧结，烧结温度为450℃，真空度5×10^-2pa，压力为90Mpa、保压时间为120min,制得碳纳米管增强铝镁合金复合材料成品。制备的复合材料致密度为：97.7%，布氏硬度为：79.2HB。

Claims

1.一种制备碳纳米管增强Al-Mg合金复合材料的方法,其特征在于: 其按如下步骤完成：

（2）把上述配好的原料和球磨过程控制剂混合成混合物料,加入球磨机中进行球磨，过程控制剂含量为铝镁合金粉末总量的1-5wt%,球磨介质为不锈钢钢球，球料比为5- 30:1，球磨机搅拌轴转速为800-1200转/分，球磨时间为60-150min，球磨气氛为惰性气体;

2.根据权利要求1所述的制备碳纳米管增强Al-Mg合金复合材料的方法,其特征在于: 所述的过程控制剂是硬脂酸、正庚烷、无水乙醇、硬脂酸锌和聚乙烯醇中的一种或几种的混合物.。

3.根据权利要求1所述的制备碳纳米管增强Al-Mg合金复合材料的方法,其特征在于: 所述碳纳米管的纯度大于99.5%,直径为20-60nm，长度为5-30μm。

4.根据权利要求1所述的制备碳纳米管增强Al-Mg合金复合材料的方法,其特征在于: 所述球磨机中钢球和混合物料总量占球磨机内腔体积的30-50%，球磨气氛为氩气。