CN108456835A - 一种碳纳米管增强镍基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纳米管增强镍基复合材料及其制备方法。其步骤为：对碳纳米管进行纯化与除杂、氧化、敏化、活化预处理；采用化学镀镍体系对预处理后的碳纳米管进行化学镀镍；对所得样品抽滤，水洗，干燥，并与镍粉的按体积比为15～17％混合，加入与混合粉末等体积的酒精，常温下放置一段得到复合粉末；将复合粉末进行冷压成型得到坯件；将坯件样品在1000±50℃下烧结1.5个小时以上，再在700±50℃下进行热处理2.0个小时以上。本发明采用粉末冶金法制备CNTs/Ni复合材料，利用化学镀镍增强碳纳米管在镍粉中的分散性，使材料具有良好的抗疲劳性、抗氧化性和抗蠕变性，适合在高温高压的恶劣环境中使用。

Description

一种碳纳米管增强镍基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于金属基复合材料领域，特别是涉及一种碳纳米管增强镍基复合材料及其制备工艺。
背景技术
金属基复合材料由于具有高的比强度、比模量、耐高温、耐磨损及热膨胀系数较小等优异的物理化学性能，在航天航空、汽车、军事等领域显示出巨大的作用和发展潜力。其中镍基复合材料的发展较为成熟，由于镍的高温性能优秀，因此该种复合材料多应用于高温环境下，例如制造航空发动机以及工业燃气轮机的关键热端部件材料：涡轮叶片、涡轮盘、燃烧室等。
纤维增强复合材料由于具有高强度、高模量、抗蠕变、抗疲劳等优点，广泛应用于航天航空、汽车、电子等领域。在常见的纤维增强体中，碳纳米管是一种具有极高综合性能的新型纤维材料，它具有极高的强度、韧性、弹性模量和优良的高温性能。碳纳米管是理想的纤维增强体。
因此，发挥碳纳米管优异的力学和物理性能，将碳纳米管作为镍基复合材料的增强相制备出具有高强度、高弹性、抗氧化、抗热疲劳等优良性能的镍基复合材料引起了研究人员的广泛关注。目前，制备碳纳米管增强金属基复合材料的方法主要有：复合电沉积法、离子喷涂法、溶胶凝胶法和粉末冶金法等。
使用粉末冶金方法制备的碳纳米管复合材料，由于碳纳米管的高长径比使其极易缠绕团聚，一般机械混合过程无法将其分散，因而极大地影响了其性能。而复合电沉积法等方法主要用于镀层、涂层和薄膜等复合材料领域，难以制备块状的复合材料。
本文采用粉末冶金法制备碳纳米管镍基复合材料，并利用化学镀镍的方法改善碳纳米管的分散性能，从而得到一种具有高的强度、硬度、良好的抗疲劳性、抗氧化性和抗蠕变性的碳纳米管增强镍基复合材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高的强度、硬度、良好的抗疲劳性、抗氧化性和抗蠕变性的碳纳米管增强镍基复合材料及其制备方法。
实现上述目的的技术方案为：一种碳纳米管增强镍基复合材料，其化学成分以体积百分比计为：Ni：70％～75％，P：0.8％～1.5％，碳纳米管(CNTs)：13％～17％，余量为其他不可避免的夹杂。
上述复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)对碳纳米管进行纯化与除杂、氧化、敏化、活化预处理；
(2)采用如下表所示的化学镀镍体系对预处理后的碳纳米管进行化学镀镍；
(3)对所得样品抽滤，水洗，干燥，并与镍粉的按体积比为15～17％混合，加入与混合粉末等体积的酒精，常温下放置一段得到复合粉末；
(4)将复合粉末加压到100MPa保压10分钟，再将压强增加到500MPa保压2.0小时，脱模，得到冷压成型的坯件；
(5)将压好的坯体样品在1000℃下烧结1.5个小时，再在700℃下进行热处理2.0个小时。
本发明与现有技术相比，其显著优势如下：(1)由于采用粉末冶金法，可以灵活地调整增强相的体积比。(2)相比于传统的熔铸法，处理温度较低，对碳纳米管的损伤较小，生成高温脆性相和降低界面结合力的可能性也更小。(3)采用合理的化学镀镍体系对碳纳米管进行预处理，提高了碳纳米管的分散性。
通过上述工艺制备的CNTs/Ni复合材料具体性能如下：
具体实施方式
实施例1
本发明采用的碳纳米管为中国科学院成都有机化学有限公司生产，该碳纳米管的性能主要如下：
基体材料为电解镍，抗拉强度为317MPa，所用的化学镀药品均为化学纯。
本发明的工艺流程：
1.碳纳米管预处理
(1)碳纳米管的纯化与除杂：首先，将称好的碳纳米管放入丙酮溶剂中，超声0.5h，然后抽滤掉丙酮，并用去离子水清洗至中性。
(2)氧化：将以上丙酮处理过的碳纳米管加入装有的95％浓硝酸溶剂的烧瓶中，用保鲜膜覆盖烧瓶口，超声1.0h，放置4.0h，当浓硝酸将碳纳米管充分氧化后，将样品倒入砂芯漏斗中，用真空水泵抽滤，并用去离子水洗至中性。
(3)敏化：将氧化处理洗净后的碳纳米管样品放入装有敏化液的烧杯中，用保鲜膜封口，放入超声仪中，超声35min，然后抽滤，水洗至中性。敏化液配置步骤如下：首先在250ml烧杯中用量筒精确加入10ml浓盐酸(35％)，再加入100ml去离子水稀释，搅拌均匀后，用电子天平称量氯化亚锡(SnCl2)1.5g放入上面稀释的盐酸溶液中，充分搅拌，使SnCl2完全溶解，用量筒加入去离子水，将溶液调至150ml。
(4)活化：将以上敏化后洗至中性的碳纳米管样品放入装有活化液的烧杯中，用保鲜膜封口，放入超声仪中，超声10min后取出放置1.0h，最后抽滤，水洗至中性。并用真空抽滤泵充分抽干去离子水。活化液配置步骤如下：用电子天平称取硝酸银(AgNO3)0.8g，置于250ml烧杯中加入100ml去离子水，搅拌充分溶解，再用移液管在通风橱中精确加入浓氨水(NH3·H2O)2.0ml，搅拌均匀后，用去离子水将溶液调整到150ml。
2.化学镀镍
将经过以上预处理的碳纳米管充分抽干，放入化学镀镍体系一所配置的镀液中，用保鲜膜封口后，在水浴锅中用电磁搅拌的方法，升温至52℃反应30min，由于氨水的挥发性，所以在反应过程中要监控溶液的pH值，如果发现下降，要用氨水调解pH至8.6。化学镀镍体系一如下表所示：
以上镀液使用的药品，都是分别先用去离子水溶解后按以下顺序加入配制：首先将完全溶解的镍盐加入含有络合剂(柠檬酸钠溶液)中，混合均匀；再将还原液(次亚磷酸钠溶液)加入以上混合均匀的溶液中；然后将溶解的氯化铵溶液超声搅拌加入；然后加入表面活性剂十二烷基硫酸钠溶液以及稳定剂硝酸铅，并用氨水调解pH至8.6，最后用去离子水调节到需要的溶液量。
3.抽滤，水洗，干燥
等化学镀反应完成后用真空抽滤泵抽滤，充分水洗后放入真空干燥箱80℃干燥。
4.混料
在125ml瓷研钵内，将称量好的碳纳米管镀镍后的样品与镍粉的按体积比为15％，加入与混合粉末等体积的酒精，用手工方法混合。待酒精挥发掉，让剩余酒精挥发掉，得到干燥的混合均匀的复合粉末。
5.压样成型
将复合粉末样品装入到冷压模具中，加压到100MPa保压10分钟，再将压强增加到500MPa保压2个小时，卸载取下模具。将样品从模具中脱模，得到冷压成型的坯件。
6.坯体的烧结和热处理
(1)将压好的坯体样品放入瓷舟中，然后将瓷舟放入高温渗碳炉的瓷管中。
(2)打开氢气瓶阀门，通氢气十分钟左右，排尽高温炉瓷管中的空气，然后降低氢气流量，保持在一个恒定的水平。
(3)打开渗碳炉电源，设定好烧结温度1000℃左右，升温到设定温度后开始烧结，并记录时间。
(4)烧结过程为1.5个小时，关闭电源，使样品随炉冷却到室温，关掉氢气后将样品取出。
(5)将烧结好的样品，在700℃下热处理2个小时。
实施例2
本实施方式与实施例1不同的是：化学镀中采用了化学镀镍体系二，同时混料时碳纳米管镀镍后的样品与镍粉的体积比为16％。化学镀镍体系二如下表所示：
实施例3
本实施方式与实施例1不同的是：化学镀中采用了化学镀镍体系三，同时混料时碳纳米管镀镍后的样品与镍粉的体积比为17％。化学镀镍体系三如下表所示：

Claims (3)

1.一种碳纳米管增强镍基复合材料，其特征在于，由如下步骤制备：
(1)对碳纳米管进行纯化与除杂、氧化、敏化、活化预处理；
(2)采用如下表所示的化学镀镍体系对预处理后的碳纳米管进行化学镀镍；
(3)对所得样品抽滤，水洗，干燥，并与镍粉的按体积比为15～17％混合，加入与混合粉末等体积的酒精，常温下放置一段得到复合粉末；
(4)将复合粉末进行冷压成型得到坯件；
(5)将坯件样品在1000±50℃下烧结1.5个小时以上，再在700±50℃下进行热处理2.0个小时以上；
2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，将复合粉末加压到100MPa保压10分钟以上，再将压强增加到500MPa保压2.0小时，脱模，得到冷压成型的坯件。
3.如权利要求1或2所述的复合材料的制备方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113913721A (zh) * 2021-09-14 2022-01-11 河海大学 一种用于超音速火焰喷涂的复合粉末、制备及应用
CN114908366A (zh) * 2022-06-08 2022-08-16 湘潭大学 一种多孔Ni-Cu/CNTs-Ni阴极材料的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060057387A1 (en) * 2004-09-10 2006-03-16 Nissin Kogyo Co., Ltd. Composite metal material and method of producing the same, caliper body, bracket, disk rotor, drum, and knuckle
CN101550523A (zh) * 2009-05-07 2009-10-07 山东交通学院 一种镍三铝金属间化合物-碳纳米管复合材料及其制备
CN102286735A (zh) * 2010-06-19 2011-12-21 比亚迪股份有限公司 一种化学镀镍溶液
CN103088323A (zh) * 2013-01-06 2013-05-08 西安科技大学 一种Ni-P-CNT纳米复合涂层的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060057387A1 (en) * 2004-09-10 2006-03-16 Nissin Kogyo Co., Ltd. Composite metal material and method of producing the same, caliper body, bracket, disk rotor, drum, and knuckle
CN101550523A (zh) * 2009-05-07 2009-10-07 山东交通学院 一种镍三铝金属间化合物-碳纳米管复合材料及其制备
CN102286735A (zh) * 2010-06-19 2011-12-21 比亚迪股份有限公司 一种化学镀镍溶液
CN103088323A (zh) * 2013-01-06 2013-05-08 西安科技大学 一种Ni-P-CNT纳米复合涂层的制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113913721A (zh) * 2021-09-14 2022-01-11 河海大学 一种用于超音速火焰喷涂的复合粉末、制备及应用
CN114908366A (zh) * 2022-06-08 2022-08-16 湘潭大学 一种多孔Ni-Cu/CNTs-Ni阴极材料的制备方法

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