CN112342420A - 一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法 - Google Patents
一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112342420A CN112342420A CN202011114862.9A CN202011114862A CN112342420A CN 112342420 A CN112342420 A CN 112342420A CN 202011114862 A CN202011114862 A CN 202011114862A CN 112342420 A CN112342420 A CN 112342420A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- based composite
- cnts reinforced
- cnts
- composite material
- reinforced
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 163
- 229910007570 Zn-Al Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 138
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 110
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title claims abstract description 54
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims abstract description 38
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000009703 powder rolling Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 126
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 126
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 69
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 30
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 30
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 20
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 13
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 11
- 238000005554 pickling Methods 0.000 claims description 11
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims description 10
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 claims description 10
- 235000019795 sodium metasilicate Nutrition 0.000 claims description 10
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 235000019832 sodium triphosphate Nutrition 0.000 claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 claims description 8
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 8
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 7
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 6
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 5
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract description 6
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002585 base Substances 0.000 description 36
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 6
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 2
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 229910000611 Zinc aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- HXFVOUUOTHJFPX-UHFFFAOYSA-N alumane;zinc Chemical compound [AlH3].[Zn] HXFVOUUOTHJFPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
- B21C37/04—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of bars or wire
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/18—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by using pressure rollers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C18/00—Alloys based on zinc
- C22C18/04—Alloys based on zinc with aluminium as the next major constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
- C23G1/00—Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts
- C23G1/02—Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts with acid solutions
- C23G1/10—Other heavy metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
- C23G1/00—Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts
- C23G1/14—Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts with alkaline solutions
- C23G1/20—Other heavy metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
- B22F2009/043—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn‑Al基复合材料的制备方法，它涉及一种Zn‑Al复合材料的制备方法。本发明的目的是要解决现有制备CNTs复合材料的方法存在C含量波动较大，孔隙率难以控制和制备成本高的问题。方法：一、球磨；二、干燥；三、粉末轧制；四、挤压；五、酸洗；六、磨光，得到高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn‑Al基复合材料。本发明制备的高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn‑Al基复合材料的屈服强度≥380MPa，抗拉强度≥450MPa，硬度≥110HB，在质量分数为3％的NaCl溶液中腐蚀速率≥0.4135g/m2/h‑1。本发明可获得一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn‑Al基复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种Zn-Al复合材料的制备方法。
背景技术
电梯用蜗轮材料是保证电梯可靠性的关键材料，电梯用蜗轮材料需具有高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能，从而保证蜗杆的尺寸和机械性能的稳定性。为使蜗轮蜗杆装置稳定达到较大传动比，传输高负荷，蜗轮材料一般由锡青铜制成，但具有生产工艺简单、性能优良、低成本等优点的Zn-Al合金与锡青铜ZCuSn10P1合金相比具有显著优势：第一，材料制备成本低，其造价不足ZCuSn10P1合金蜗轮的二分之一；第二，由于Zn-Al合金熔点较低，流动性更好，使得其成型加工成本更少；第三，具有比ZCuSn10P1合金更好的耐磨性能，使得其使用寿命更长。因此在蜗轮材料领域表现出相当的竞争力。碳纳米管(CNTs)是一种结构中空的纳米材料，有密度小、强度高、比表面积大、高温稳定、电导率和热导率高、热膨胀系数低、耐强酸强碱和高温氧化的特性，目前以CNTs作为增强体的Mg、Al基合金最终成品都得到强度、韧性的增强，碳纳米管(CNTs)与这些金属的复合材料展现出了优异的强度、塑韧性及腐蚀性能，将CNTs与Zn复合而成的材料相较于传统锌合金，具有更高的强度与塑韧性，以及更好的耐蚀性能，是一种高强高韧耐蚀锌合金，并是现有蜗轮的理想替代材料。
目前关于CNTs复合材料的制备大多采用传统热压成形粉末冶金或粉末-熔铸-变形方法，采用这些方法存在以下问题：(1)、制备流程普遍较长，制备成本较高。(2)、采用铸造法制备的CNTs材料烧蚀率较难控制，使得制得的CNTs复合材料C含量波动较大，同时也难以控制偏析现象。(3)、采用热压成形粉末法制备的材料，其孔隙率难以控制，同时也存在CNTs偏析问题，使得材料各向异性严重。
发明内容
本发明的目的是要解决现有制备CNTs复合材料的方法存在C含量波动较大，孔隙率难以控制和制备成本高的问题，而提供一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法。
一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、球磨：
①、将ZA27铸锭熔化，得到ZA27熔体；采用双流雾化法，通过高压氩气雾化介质冲击ZA27熔体，得到ZA27粉末；
②、将ZA27粉末和碳纳米管混合均匀，再加入到干燥的球磨罐中，将球磨罐密封后向球磨罐中通入氩气，再在氩气气氛和球料比为(6～9):1的条件下进行球磨，得到CNTs增强Zn-Al基复合粉末；
步骤一②中所述的CNTs增强Zn-Al基复合粉末中碳纳米管的质量分数为0.2％～0.6％；
二、干燥：
将CNTs增强Zn-Al基复合粉末放入真空干燥箱中进行干燥，得到干燥的CNTs增强Zn-Al基复合粉末；
三、粉末轧制：
首先将干燥的CNTs增强Zn-Al基复合粉末在真空和搅拌条件下加热至250℃～350℃，然后将温度为250℃～350℃的CNTs增强Zn-Al基复合粉末放入垂直式粉末轧制机，再在氩气气氛下进行粉末轧制，得到宽度为10mm～20mm，厚度为5mm～15mm的CNTs增强Zn-Al基板坯；
四、挤压：
将宽度为10mm～20mm，厚度为5mm～15mm的CNTs增强Zn-Al基板坯加热至90℃～130℃，再在挤压比为(6～11):1、挤压温度为90℃～130℃、挤压速率为1m/min～10m/min、挤压力为10MPa～30MPa和真空度为-0.095Pa的条件下进行热挤压，得到直径为5mm～10mm的CNTs增强Zn-Al基棒材；
五、酸洗：
将直径为5mm～10mm的CNTs增强Zn-Al基棒材浸入到酸液中酸洗，得到酸洗后的CNTs增强Zn-Al基棒材；
六、磨光：
将酸洗后的CNTs增强Zn-Al基棒材进行磨光加工，得到表面光滑的CNTs增强Zn-Al基复合材料，即为高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料。
本发明的优点：
本发明结合粉末法与熔铸法优势，采用短流程的粉末热轧制得坯料，并结合热挤压塑性变形得到最终棒材，得到了一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料，采用该方法具备以下优势：
(1)、流程短，节约能源，降低制备成本，成材率可达80～90％，高于一般熔铸轧制法；
(2)、制备板坯长度不受限制，轧制制品密度均匀，不存在偏析等问题，可达到近各向同性，克服熔铸法制备CNTs复合材料偏析问题；
(3)、通过后续塑性变形，进一步提高板坯致密度，致密度为99.5％～99.9％，且通过塑性变形引入加工硬化，使得棒材具备高强高韧耐蚀性能，克服粉末法制备CNTs复合材料孔隙率高、力学性能各向异性等问题；
(4)、本发明制备的高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的屈服强度≥380MPa，抗拉强度≥450MPa，硬度≥110HB，在质量分数为3％的NaCl溶液中腐蚀速率≥0.4135g/m2h-1。
本发明可获得一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料。
附图说明
图1为实施例一所述的一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法的工艺流程图；
图2为实施例一步骤三所述的粉末轧制的示意图；
图3为实施例一步骤二得到的干燥的CNTs增强Zn-Al基复合粉末的SEM图；
图4为实施例一步骤六得到的高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的拉伸断口SEM图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、球磨：
①、将ZA27铸锭熔化，得到ZA27熔体；采用双流雾化法，通过高压氩气雾化介质冲击ZA27熔体，得到ZA27粉末；
②、将ZA27粉末和碳纳米管混合均匀，再加入到干燥的球磨罐中，将球磨罐密封后向球磨罐中通入氩气，再在氩气气氛和球料比为(6～9):1的条件下进行球磨，得到CNTs增强Zn-Al基复合粉末；
步骤一②中所述的CNTs增强Zn-Al基复合粉末中碳纳米管的质量分数为0.2％～0.6％；
二、干燥：
将CNTs增强Zn-Al基复合粉末放入真空干燥箱中进行干燥，得到干燥的CNTs增强Zn-Al基复合粉末；
三、粉末轧制：
首先将干燥的CNTs增强Zn-Al基复合粉末在真空和搅拌条件下加热至250℃～350℃，然后将温度为250℃～350℃的CNTs增强Zn-Al基复合粉末放入垂直式粉末轧制机，再在氩气气氛下进行粉末轧制，得到宽度为10mm～20mm，厚度为5mm～15mm的CNTs增强Zn-Al基板坯；
四、挤压：
将宽度为10mm～20mm，厚度为5mm～15mm的CNTs增强Zn-Al基板坯加热至90℃～130℃，再在挤压比为(6～11):1、挤压温度为90℃～130℃、挤压速率为1m/min～10m/min、挤压力为10MPa～30MPa和真空度为-0.095Pa的条件下进行热挤压，得到直径为5mm～10mm的CNTs增强Zn-Al基棒材；
五、酸洗：
将直径为5mm～10mm的CNTs增强Zn-Al基棒材浸入到酸液中酸洗，得到酸洗后的CNTs增强Zn-Al基棒材；
六、磨光：
将酸洗后的CNTs增强Zn-Al基棒材进行磨光加工，得到表面光滑的CNTs增强Zn-Al基复合材料，即为高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料。
本实施方式的优点：
本实施方式结合粉末法与熔铸法优势，采用短流程的粉末热轧制得坯料，并结合热挤压塑性变形得到最终棒材，得到了一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料，采用该方法具备以下优势：
(1)、流程短，解约能源，降低制备成本，成材率可达80～90％，高于一般熔铸轧制法；
(2)、制备板坯长度不受限制，轧制制品密度均匀，不存在偏析等问题，可达到近各向同性，克服熔铸法制备CNTs复合材料偏析问题；
(3)、通过后续塑性变形，进一步提高板坯致密度，致密度为99.5％～99.9％，且通过塑性变形引入加工硬化，使得棒材具备高强高韧耐蚀性能，克服粉末法制备CNTs复合材料孔隙率高、力学性能各向异性等问题；
(4)、本实施方式制备的高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的屈服强度≥380MPa，抗拉强度≥450MPa，硬度≥110HB，在质量分数为3％的NaCl溶液中腐蚀速率≥0.4135g/m2h-1。
本实施方式可获得一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一①中在575℃～600℃下将ZA27铸锭熔化，得到ZA27熔体。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一①中所述的ZA27粉末的粒径为300目～400目。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一②中在氩气气氛下球磨的转速为200r/min～500r/min，球磨时间为2h～4h。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤二中所述的干燥温度为40℃～80℃，干燥时间为2h～5h，干燥时真空干燥箱的真空度为-0.1MPa。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤三中将干燥的CNTs增强Zn-Al基复合粉末在真空度为10-1Pa和搅拌速度为100r/min～200r/min的条件下加热至250℃～350℃。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤三中将温度为250℃～350℃的CNTs增强Zn-Al基复合粉末放入垂直式粉末轧制机，再在氩气气压为5MPa～30MPa的条件下采用可加热式轧辊进行轧制，轧辊温度控制在200℃～300℃。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤三中将温度为270℃～300℃的CNTs增强Zn-Al基复合粉末放入垂直式粉末轧制机，再在氩气气压为10MPa～15MPa的条件下采用可加热式轧辊进行轧制，轧辊温度控制在240℃～300℃。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤五中所述的酸液由氢氧化钠、无水偏硅酸钠、三聚磷酸钠、碳酸氢钠和水混合而成；所述的酸液中氢氧化钠、无水偏硅酸钠、三聚磷酸钠、碳酸氢钠和水的质量比为3:8:2:7:60。其它步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤五中所述的酸洗温度为10℃～40℃，酸洗时间为5s～120s。其它步骤与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：
一、球磨：
①、在温度为575℃下将ZA27铸锭熔化，得到ZA27熔体；采用双流雾化法，通过高压氩气雾化介质冲击ZA27熔体，得到粒径为300目的ZA27粉末；
②、将ZA27粉末和碳纳米管混合均匀，再加入到干燥的球磨罐中，将球磨罐密封后向球磨罐中通入氩气，再在氩气气氛、球磨的转速为200r/min和球料比为7:1的条件下进行球磨2h，得到CNTs增强Zn-Al基复合粉末；
步骤一②中所述的CNTs增强Zn-Al基复合粉末中碳纳米管的质量分数为0.2％；
二、干燥：
将CNTs增强Zn-Al基复合粉末放入真空干燥箱，再在真空度为-0.1MPa和温度为40℃的条件下干燥2h，得到干燥的CNTs增强Zn-Al基复合粉末；
三、粉末轧制：
首先将干燥的CNTs增强Zn-Al基复合粉末在真空度为10-1Pa和搅拌速度为100r/min的条件下加热至250℃，然后将温度为250℃的CNTs增强Zn-Al基复合粉末放入垂直式粉末轧制机，再在氩气气氛下进行粉末轧制，得到宽度为10mm，厚度为5mm的CNTs增强Zn-Al基板坯；
步骤三中将温度为250℃的CNTs增强Zn-Al基复合粉末放入垂直式粉末轧制机，再在氩气气压为5MPa的条件下采用可加热式轧辊进行轧制，轧辊温度控制在200℃；
四、挤压：
将宽度为10mm，厚度为5mm的CNTs增强Zn-Al基板坯加热至90℃，再在挤压比为8:1、挤压温度为90℃、挤压速率为2m/min、挤压力为10MPa和真空度为-0.095Pa的条件下进行热挤压，得到直径为5mm的CNTs增强Zn-Al基棒材；
五、酸洗：
将直径为5mm的CNTs增强Zn-Al基棒材浸入到酸液中酸洗，得到酸洗后的CNTs增强Zn-Al基棒材；
步骤五中所述的酸液由氢氧化钠、无水偏硅酸钠、三聚磷酸钠、碳酸氢钠和水混合而成；所述的酸液中氢氧化钠、无水偏硅酸钠、三聚磷酸钠、碳酸氢钠和水的质量比为3:8:2:7:60；
步骤五中所述的酸洗温度为20℃，酸洗时间为60s；
六、磨光：
将酸洗后的CNTs增强Zn-Al基棒材进行磨光加工，得到表面光滑的CNTs增强Zn-Al基复合材料，即为高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料。
实施例一制备的高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的致密度为99.6％。
将实施例一制备的高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的性能列于表1。
表1
图1为实施例一所述的一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法的工艺流程图；
图2为实施例一步骤三所述的粉末轧制的示意图；
图3为实施例一步骤二得到的干燥的CNTs增强Zn-Al基复合粉末的SEM图；
从图3可以看出，碳纳米管在锌铝基体中分布均匀，团聚现象较少。
图4为实施例一步骤六得到的高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的拉伸断口SEM图。
从图4可以看出，断口呈现较多的韧窝，而且在韧窝处可以观察到明显的碳纳米管，表明有利于基体和增强体间的应力传递，从而显著提高了复合材料的力学性能。
实施例二：一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：
一、球磨：
①、在温度为580℃下将ZA27铸锭熔化，得到ZA27熔体；采用双流雾化法，通过高压氩气雾化介质冲击ZA27熔体，得到粒径为350目的ZA27粉末；
②、将ZA27粉末和碳纳米管混合均匀，再加入到干燥的球磨罐中，将球磨罐密封后向球磨罐中通入氩气，再在氩气气氛、球磨转速为300r/min和球料比为8:1的条件下进行球磨3h，得到CNTs增强Zn-Al基复合粉末；
步骤一②中所述的CNTs增强Zn-Al基复合粉末中碳纳米管的质量分数为0.3％；
二、干燥：
将CNTs增强Zn-Al基复合粉末放入真空干燥箱中，再在真空度为-0.1MPa和温度为50℃的条件下干燥3h，得到干燥的CNTs增强Zn-Al基复合粉末；
三、粉末轧制：
首先将干燥的CNTs增强Zn-Al基复合粉末在真空度为10-1Pa和搅拌速度为150r/min的条件下加热至270℃，然后将温度为270℃的CNTs增强Zn-Al基复合粉末放入垂直式粉末轧制机，再在氩气气氛下进行粉末轧制，得到宽度为15mm，厚度为8mm的CNTs增强Zn-Al基板坯；
步骤三中将温度为270℃的CNTs增强Zn-Al基复合粉末放入垂直式粉末轧制机，再在氩气气压为10MPa的条件下采用可加热式轧辊进行轧制，轧辊温度控制在240℃；
四、挤压：
将宽度为15mm，厚度为8mm的CNTs增强Zn-Al基板坯加热至100℃，再在挤压比为9:1、挤压温度为100℃、挤压速率为5m/min、挤压力为18MPa和真空度为-0.095Pa的条件下进行热挤压，得到直径为8mm的CNTs增强Zn-Al基棒材；
五、酸洗：
将直径为8mm的CNTs增强Zn-Al基棒材浸入到酸液中酸洗，得到酸洗后的CNTs增强Zn-Al基棒材；
步骤五中所述的酸液由氢氧化钠、无水偏硅酸钠、三聚磷酸钠、碳酸氢钠和水混合而成；所述的酸液中氢氧化钠、无水偏硅酸钠、三聚磷酸钠、碳酸氢钠和水的质量比为3:8:2:7:60；
步骤五中所述的酸洗温度为25℃，酸洗时间为80s；
六、磨光：
将酸洗后的CNTs增强Zn-Al基棒材进行磨光加工，得到表面光滑的CNTs增强Zn-Al基复合材料，即为高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料。
实施例二制备的高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的致密度为99.8％。
将实施例二制备的高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的性能列于表2。
表2
实施例三：一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：
一、球磨：
①、在585℃下将ZA27铸锭熔化，得到ZA27熔体；采用双流雾化法，通过高压氩气雾化介质冲击ZA27熔体，得到粒径为400目的ZA27粉末；
②、将ZA27粉末和碳纳米管混合均匀，再加入到干燥的球磨罐中，将球磨罐密封后向球磨罐中通入氩气，再在氩气气氛、球磨转速为400r/min、球料比为9:1的条件下进行球磨2h，得到CNTs增强Zn-Al基复合粉末；
步骤一②中所述的CNTs增强Zn-Al基复合粉末中碳纳米管的质量分数为0.4％；
二、干燥：
将CNTs增强Zn-Al基复合粉末放入真空干燥箱中，再在真空度为-0.1MPa和温度为60℃下干燥4h，得到干燥的CNTs增强Zn-Al基复合粉末；
三、粉末轧制：
首先将干燥的CNTs增强Zn-Al基复合粉末在真空度为10-1Pa和搅拌速度为200r/min的条件下加热至300℃，然后将温度为300℃的CNTs增强Zn-Al基复合粉末放入垂直式粉末轧制机，再在氩气气氛下进行粉末轧制，得到宽度为20mm，厚度为15mm的CNTs增强Zn-Al基板坯；
步骤三中将温度为300℃的CNTs增强Zn-Al基复合粉末放入垂直式粉末轧制机，再在氩气气压为15MPa的条件下采用可加热式轧辊进行轧制，轧辊温度控制在300℃；
四、挤压：
将宽度为20mm，厚度为15mm的CNTs增强Zn-Al基板坯加热至120℃，再在挤压比为10:1、挤压温度为120℃、挤压速率为8m/min、挤压力为25MPa和真空度为-0.095Pa的条件下进行热挤压，得到直径为8mm的CNTs增强Zn-Al基棒材；
五、酸洗：
将直径为8mm的CNTs增强Zn-Al基棒材浸入到酸液中酸洗，得到酸洗后的CNTs增强Zn-Al基棒材；
步骤五中所述的酸液由氢氧化钠、无水偏硅酸钠、三聚磷酸钠、碳酸氢钠和水混合而成；所述的酸液中氢氧化钠、无水偏硅酸钠、三聚磷酸钠、碳酸氢钠和水的质量比为15:40:10:35:300；
步骤五中所述的酸洗温度为30℃，酸洗时间为120s；
六、磨光：
将酸洗后的CNTs增强Zn-Al基棒材进行磨光加工，得到表面光滑的CNTs增强Zn-Al基复合材料，即为高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料。
实施例三制备的高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的致密度为99.9％。
将实施例三制备的高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的性能列于表3。
表3
Claims (10)
1.一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法，其特征在于一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：
一、球磨：
①、将ZA27铸锭熔化，得到ZA27熔体；采用双流雾化法，通过高压氩气雾化介质冲击ZA27熔体，得到ZA27粉末；
②、将ZA27粉末和碳纳米管混合均匀，再加入到干燥的球磨罐中，将球磨罐密封后向球磨罐中通入氩气，再在氩气气氛和球料比为(6～9):1的条件下进行球磨，得到CNTs增强Zn-Al基复合粉末；
步骤一②中所述的CNTs增强Zn-Al基复合粉末中碳纳米管的质量分数为0.2％～0.6％；
二、干燥：
将CNTs增强Zn-Al基复合粉末放入真空干燥箱中进行干燥，得到干燥的CNTs增强Zn-Al基复合粉末；
三、粉末轧制：
首先将干燥的CNTs增强Zn-Al基复合粉末在真空和搅拌条件下加热至250℃～350℃，然后将温度为250℃～350℃的CNTs增强Zn-Al基复合粉末放入垂直式粉末轧制机，再在氩气气氛下进行粉末轧制，得到宽度为10mm～20mm，厚度为5mm～15mm的CNTs增强Zn-Al基板坯；
四、挤压：
将宽度为10mm～20mm，厚度为5mm～15mm的CNTs增强Zn-Al基板坯加热至90℃～130℃，再在挤压比为(6～11):1、挤压温度为90℃～130℃、挤压速率为1m/min～10m/min、挤压力为10MPa～30MPa和真空度为-0.095Pa的条件下进行热挤压，得到直径为5mm～10mm的CNTs增强Zn-Al基棒材；
五、酸洗：
将直径为5mm～10mm的CNTs增强Zn-Al基棒材浸入到酸液中酸洗，得到酸洗后的CNTs增强Zn-Al基棒材；
六、磨光：
将酸洗后的CNTs增强Zn-Al基棒材进行磨光加工，得到表面光滑的CNTs增强Zn-Al基复合材料，即为高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法，其特征在于步骤一①中在575℃～600℃下将ZA27铸锭熔化，得到ZA27熔体。
3.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法，其特征在于步骤一①中所述的ZA27粉末的粒径为300目～400目。
4.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法，其特征在于步骤一②中在氩气气氛下球磨的转速为200r/min～500r/min，球磨时间为2h～4h。
5.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中所述的干燥温度为40℃～80℃，干燥时间为2h～5h，干燥时真空干燥箱的真空度为-0.1MPa。
6.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中将干燥的CNTs增强Zn-Al基复合粉末在真空度为10-1Pa和搅拌速度为100r/min～200r/min的条件下加热至250℃～350℃。
7.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中将温度为250℃～350℃的CNTs增强Zn-Al基复合粉末放入垂直式粉末轧制机，再在氩气气压为5MPa～30MPa的条件下采用可加热式轧辊进行轧制，轧辊温度控制在200℃～300℃。
8.根据权利要求7所述的一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中将温度为270℃～300℃的CNTs增强Zn-Al基复合粉末放入垂直式粉末轧制机，再在氩气气压为10MPa～15MPa的条件下采用可加热式轧辊进行轧制，轧辊温度控制在240℃～300℃。
9.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法，其特征在于步骤五中所述的酸液由氢氧化钠、无水偏硅酸钠、三聚磷酸钠、碳酸氢钠和水混合而成；所述的酸液中氢氧化钠、无水偏硅酸钠、三聚磷酸钠、碳酸氢钠和水的质量比为3:8:2:7:60。
10.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法，其特征在于步骤五中所述的酸洗温度为10℃～40℃，酸洗时间为5s～120s。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011114862.9A CN112342420B (zh) | 2020-10-16 | 2020-10-16 | 一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011114862.9A CN112342420B (zh) | 2020-10-16 | 2020-10-16 | 一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112342420A true CN112342420A (zh) | 2021-02-09 |
| CN112342420B CN112342420B (zh) | 2022-03-22 |
Family
ID=74362013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011114862.9A Expired - Fee Related CN112342420B (zh) | 2020-10-16 | 2020-10-16 | 一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112342420B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102399214B1 (ko) * | 2021-03-24 | 2022-05-17 | 포항공과대학교 산학협력단 | 금속분말 기반 합금 판재 제조장치 및 그 제조방법 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2127784A1 (de) * | 2008-05-23 | 2009-12-02 | Alcan Technology & Management Ltd. | Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Kompositwerkstoff |
| CN102395697A (zh) * | 2009-02-16 | 2012-03-28 | 拜耳国际有限公司 | 包含金属和纳米粒子的复合材料及其制造方法 |
| CN105734460A (zh) * | 2014-12-12 | 2016-07-06 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法 |
| CN107245596A (zh) * | 2017-06-07 | 2017-10-13 | 湘潭大学 | 一种碳纳米管增强锌基复合材料的制备方法 |
| CN108796259A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-11-13 | 湘潭大学 | 一种碳纳米管增强Zn基复合材料的制备方法 |
-
2020
- 2020-10-16 CN CN202011114862.9A patent/CN112342420B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2127784A1 (de) * | 2008-05-23 | 2009-12-02 | Alcan Technology & Management Ltd. | Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Kompositwerkstoff |
| CN102395697A (zh) * | 2009-02-16 | 2012-03-28 | 拜耳国际有限公司 | 包含金属和纳米粒子的复合材料及其制造方法 |
| CN105734460A (zh) * | 2014-12-12 | 2016-07-06 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法 |
| CN107245596A (zh) * | 2017-06-07 | 2017-10-13 | 湘潭大学 | 一种碳纳米管增强锌基复合材料的制备方法 |
| CN108796259A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-11-13 | 湘潭大学 | 一种碳纳米管增强Zn基复合材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 王晓敏: "《工程材料学》", 31 July 2017 * |
| 申小平: "《粉末冶金制造工程》", 30 June 2015 * |
| 谢明勇，王远兴: "《日用化学品实用生产技术与配方》", 30 June 2002 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102399214B1 (ko) * | 2021-03-24 | 2022-05-17 | 포항공과대학교 산학협력단 | 금속분말 기반 합금 판재 제조장치 및 그 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112342420B (zh) | 2022-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109554565B (zh) | 一种碳纳米管增强铝基复合材料的界面优化方法 | |
| CN108193148B (zh) | 一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法 | |
| CN112143924B (zh) | 一种用于腐蚀环境的多尺度高强高熵合金材料的制备方法 | |
| CN103170797B (zh) | 一种大直径高质量管坯或环坯的复合挤压制备方法 | |
| CN110819842A (zh) | 基于还原氧化石墨烯和铜复合材料的成型件制备方法 | |
| CN109536780B (zh) | 一种碳纳米管增强锌铝合金基复合材料的制备方法 | |
| CN109504869B (zh) | 一种具有仿生多级结构的金属基纳米复合材料及其制备方法 | |
| CN112342420B (zh) | 一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法 | |
| CN111218587B (zh) | 一种铝基复合材料及其制备方法 | |
| CN110735064A (zh) | 固相原位反应生成耐高温高强度TiC增强钛基复合材料及其制备方法 | |
| CN101825218B (zh) | 一种双金属网络互穿复相型材的制造方法 | |
| CN113789457A (zh) | 一种固液法制备碳纳米管增强铝基复合材料的方法 | |
| CN112159908A (zh) | 一种少层纳米二硫化钼增强铝基复合材料的制备方法 | |
| CN111889685A (zh) | 一种提高增强体分散性和分散量的粉末冶金方法 | |
| CN115449729B (zh) | 一种阶段式促进六系铝陶材料再结晶和晶粒细化的制备方法及其制得的铝基复合薄片 | |
| CN114752868B (zh) | 一种镀铜玄武岩纤维增强铜基复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN112024896B (zh) | 一种高C含量CNTs-ZA27锌铝基复合棒材的制备方法 | |
| CN114309603B (zh) | 一种直接热挤压海绵钛颗粒制备纯钛的方法 | |
| CN113684391B (zh) | 一种高性能铝合金及其复合材料的制备方法 | |
| CN113059020A (zh) | 一种双金属复合管及其制备方法 | |
| CN111020279B (zh) | 一种高强高导铜-石墨复合材料及其制备方法 | |
| CN112453401B (zh) | 一种降低稀土钼合金材料各向异性的方法 | |
| CN113414394B (zh) | 一种螺旋结构石墨烯钛基复合材料的制备方法 | |
| CN114990457B (zh) | 一种铁基复合材料及其制备方法 | |
| CN117626042A (zh) | 一种高致密度、高碳含量铝基复合材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Liu Yang Inventor after: Han Shilei Inventor after: Li Mengmeng Inventor after: Miao Hualei Inventor after: Sun Tianyou Inventor after: Zhu Daibo Inventor after: Yang Yueyun Inventor after: Wang Xing Inventor after: Luo Haoyu Inventor after: Liu Zhiwei Inventor before: Liu Yang Inventor before: Han Shilei Inventor before: Liu Zhiwei Inventor before: Miao Hualei Inventor before: Sun Tianyou Inventor before: Zhu Daibo Inventor before: Yang Yueyun Inventor before: Wang Xing Inventor before: Luo Haoyu Inventor before: Li Mengmeng |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20220322 |