CN103924110B - 一种铝-碳纳米管中间合金制备纳米增强铝基复合材料的方法 - Google Patents
一种铝-碳纳米管中间合金制备纳米增强铝基复合材料的方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种铝‑碳纳米管中间合金制备纳米增强铝基复合材料的方法，其特征是首先按碳纳米管的含量为粉末总重量的6~12wt.%的量，将铝粉和碳纳米管加入到球磨机中球磨，再把均匀混合的粉末放入模具中350~480MPa冷压压制成块，然后，在热压烧结温度为605~625℃，热压压强为30~50MPa条件下，热压烧结40~80min得铝‑碳纳米管中间合金；接着将铝‑碳纳米管中间合金添加到铝合金熔体中，调整熔体温度至浇铸温度，浇铸铸件。本发明克服了碳纳米与金属或合金基体难溶或不溶的难题，并且可以通过中间合金的加入量灵活改变碳纳米管与基体合金的配比。兼有粉末冶金法和铸造法的优点，工艺简单，劳动条件好，可生产出形状复杂、碳纳米管均匀分散的复合材料，适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于金属基复合材料制备技术领域。涉及一种纳米增强铝基复合材料的制备方法。
背景技术
碳纳米管（CNTs）是由石墨六边形网络卷曲而成的管状物，具有独特的纳米中空结构、封闭的拓扑构型及螺旋结构，从而具有大量特殊的优异性能。CNTs耐强酸，耐强碱，在空气中700℃以下基本不氧化，又具有良好的韧性和结构稳定性，是作为复合材料增强相的理想选择。然而碳纳米管与金属基体的润湿性差，不能形成良好的界面；碳纳米管极易团聚，如何将其在复合材料中均匀分散是材料制备中遇到的首要问题。
目前碳纳米管增强金属基复合材料的制备方法主要为搅拌铸造法和粉末冶金法。在公开号为CN1102808141A名称为“一种制备碳纳米管增强Al-Mg合金复合材料的方法”中，把碳纳米管和铝镁合金粉末在惰性气体氛围中进行球磨，将所得混合粉末进行钝化处理后加入模具中，在中空炉内热压烧结制得碳纳米管增强铝基复合材料产品。该方法存在以下缺陷：（1）所得复合材料具有粉末冶金法所固有的缺陷，如气孔、致密度低等，需进行二次加工，如热挤压、轧制、锻造等以提高材料的致密度，减少缺陷；（2）制备工艺复杂，成本高；（3）产品形状受到限制。
在公开号为CN101565782A名称为“一种添加碳纳米管到金属熔体中的方法”中，把硬脂酸与碳纳米管和金属粉末的混合粉末经球磨后在模具中加压成形得复合压块，再将复合压块添加到金属或合金的溶液中，最终浇铸铸件。该方法的缺点在于粘结剂硬脂酸的燃点低，为395℃，闪点为196℃，而一般金属或合金熔体温度远高于其燃点，在将复合压块加入金属或合金溶液的瞬间，复合压块中的硬脂酸强烈燃烧，产生大量烟尘，存在安全隐患。
因此，如何采用简单稳定安全的制备工艺，在提高碳纳米管在基体分散性的同时，并使得碳纳米管与基体界面良好结合，是目前研发制备碳纳米管增强金属基复合材料所面临的主要难题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种铝-碳纳米管（Al-CNTs）中间合金制备纳米增强铝基复合材料的方法。该方法制备工艺简单稳定，利于实现工业化生产。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
首先按碳纳米管的含量为粉末总重量的6~12wt.%的量，将铝粉和碳纳米管加入到球磨机中球磨，得到均匀混合粉末，再把混合粉末放入模具中350~480MPa冷压压制成块，然后，在热压烧结温度为605~625℃，热压压强为30~50MPa条件下，热压烧结40~80min得铝-碳纳米管中间合金；接着将铝-碳纳米管中间合金添加到铝合金熔体中，调整熔体温度至浇铸温度，浇铸铸件。
本发明所述的碳纳米管为多壁碳纳米管。
本发明所述球磨采用玛瑙球和玛瑙球罐在真空环境或惰性气体保护下进行球磨，转速为150~180rpm，球磨40~200min。
本发明所述的浇铸方法可以重力铸造、压力铸造、真空吸铸、消失模铸造等铸造方法。
本发明在制备碳纳米管金属基复合材料方面具有其独特的优点：克服了碳纳米与金属或合金基体难溶或不溶的难题，并且可以通过中间合金的加入量灵活改变碳纳米管与基体合金的配比。兼有粉末冶金法和铸造法的优点，工艺简单，劳动条件好，可生产出形状复杂、碳纳米管均匀分散的复合材料，适于工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施实例1制得的铝基复合材料的显微组织图片。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
实施例1。
以铝粉和碳纳米管作为原料，其中碳纳米管的含量为粉末总重量的10wt.%；将上述配好的原料加入球磨机中球磨90min，转速为180rpm，得到均匀混合粉末；把混合粉末放入模具中，在室温下施压，冷压压强为430MPa，接着进行热压烧结40min得Al-CNTs中间合金，其中热压烧结温度为620℃，热压压强为40MPa。当ZL101合金熔体温度达730℃时，撇去表面浮渣，将中间合金加入熔体中，然后搅拌约3~5分钟，待熔体温度降至710℃后采用真空吸铸法得铸件。
实施例2。
以铝粉和碳纳米管作为原料，其中碳纳米管的含量为粉末总重量的6wt.%；将上述配好的原料加入球磨机中球磨40min，转速为150rpm，得到均匀混合粉末；把混合粉末放入模具中，在室温下施压，冷压压强为400MPa，接着进行热压烧结50min得Al-CNTs中间合金，其中热压烧结温度为625℃，热压压强为30MPa。当5052合金熔体温度达750℃时，撇去表面浮渣，将中间合金加入铝熔体中，然后搅拌约3~5分钟，待熔体温度降至700℃后浇铸至金属型模具中。
实施例3。
以铝粉和碳纳米管作为原料，其中碳纳米管的含量为粉末总重量的12wt.%；将上述配好的原料加入球磨机中球磨120min，转速为170rpm，得到均匀混合粉末；把混合粉末放入模具中，在室温下施压，冷压压强为450MPa，接着进行热压烧结60min得Al-CNTs中间合金，其中热压烧结温度为625℃，热压压强为30MPa。当ZL301合金熔体温度达760℃时，撇去表面浮渣，将中间合金加入熔体中，然后搅拌约3~5分钟，待熔体温度降至720℃后浇铸至金属型模具中。
实施例4。
以铝粉和碳纳米管作为原料，其中碳纳米管的含量为粉末总重量的9wt.%；将上述配好的原料加入球磨机中球磨200min，转速为160rpm，得到均匀混合粉末；把混合粉末放入模具中，在室温下施压，冷压压强为480MPa，接着进行热压烧结80min得Al-CNTs中间合金，其中热压烧结温度为625℃，热压压强为45MPa。当ADC12合金熔体温度达780℃时，撇去表面浮渣，将中间合金加入熔体中，然后搅拌约3~5分钟，待熔体温度降至700℃后浇铸至金属型模具中。
Claims (3)
1.一种铝-碳纳米管中间合金制备纳米增强铝基复合材料的方法，其特征是首先按碳纳米管的含量为粉末总重量的6~12wt.%的量，将铝粉和碳纳米管加入到球磨机中球磨，采用玛瑙球和玛瑙球罐在真空环境或惰性气体保护下进行球磨，转速为150~180rpm，球磨40~200min，再把均匀混合的粉末放入模具中350~480MPa冷压压制成块，然后，在热压烧结温度为605~625℃，热压压强为30~50MPa条件下，热压烧结40~80min得铝-碳纳米管中间合金；接着将铝-碳纳米管中间合金添加到铝合金熔体中，调整熔体温度至浇铸温度，浇铸铸件。
2.根据权利要求1所述的的方法，其特征是所述的碳纳米管为多壁碳纳米管。
3.根据权利要求1所述的的方法，其特征是所述的浇铸方法为重力铸造、压力铸造、真空吸铸、消失模铸造。
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