CN1664148A - 一种铁三铝金属间化合物－碳纳米管复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁铝金属间化合物－碳纳米管复合材料，其组分以质量百分比计：碳纳米管为1％～5％，余量为铁铝金属间化合物。本发明还公开了该复合材料的制备方法。即利用氢电弧等离子体法制备Fe3Al纳米粉体，采用杂凝聚法合成Fe3Al－碳纳米管复合粉体，复合粉体经过冷压预成型，然后再热压烧结制得复合材料，所制得的复合材料具有较高的抗弯强度和断裂韧性，并具有良好的耐腐蚀性，其主要指标是，抗弯强度到880～950MPa，洛氏硬度为60～70(HRC)。可应广泛应用于飞机结构零件、电磁元件、纺锤等耐高温，耐腐蚀领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁三铝基复合材料及其制备方法，尤其涉及一种铁三铝金属间化合物-碳纳米管复合材料及其制备方法。属于复合材料科学与纳米材料科学领域。
背景技术
Fe3Al基金属间化合物具有良好的高温强度，优异的抗氧化耐腐蚀性，较小的比重和低廉的成本等优点，有望作为一种新型的高温结构材料而受到广泛重视，然而室温环境下的脆性和温度超过600℃时强度急剧下降阻碍了其实际应用。为此许多研究者试图通过添加第二相来解决成型及应用问题。近年来，人们采取合金化如添加Cr，Mo，Nb，W等合金元素以及用合适的热机械处理工艺使Fe3Al合金的室温塑性和高温强度得到明显改善。此外，通过合成陶瓷增强颗粒可以弥补合金的高温强度低的不足，用反应铸造法制备了含VC，TiC颗粒的Fe3Al基合金。合金化和陶瓷相的加入在一定程度上改善Fe3Al合金的综合性能，即使如此，在某些苛刻条件应用时，仍是现有的材料组成无法满足的。专利号为98110195.X的中国专利“铁铝金属间化合物-氧化铝陶瓷复合材料及其制备工艺”公开了一种主要成分为Fe3Al、FeAl、Al2O3的金属间化合物基复合材料，其抗弯强度和断裂韧性均得到改善。
碳纳米管在1991年被发现，具有较高的强度、弹性模量，被认为是理想的补强增韧材料。但是，经检索以碳纳米管为增强体，铁三铝金属间化合物为基体来制备复合材料的方法还未见报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是提供一种铁三铝金属间化合物-碳纳米管复合材料及其制备方法，利用该方法可以制备高强度、高韧性的纳米复合材料。
本发明涉及的铁铝金属间化合物-碳纳米管复合材料，由铁铝金属间化合物，碳纳米管组成；其组分以重量百分比(wt％)计：碳纳米管为1％～5％，余量为铁铝金属间化合物。
其中，所述各组分含量的重量百分比优选是：碳纳米管为2％～3％，余量为铁铝金属间化合物。
其中，所述各组分含量的重量百分比最优选是：碳纳米管为2％，铁铝金属间化合物为98％。
其中，所述碳纳米管优选为多壁型。
本发明所述的铁铝金属间化合物-碳纳米管复合材料的制备方法，其步骤如下：
(1)以质量百分比计，将Fe∶Al＝84∶16的铸锭，在蒸发电流为80A，蒸发室气体压强为8Kpa条件下，利用氢电弧等离子体法制得Fe3Al纳米粉体；
(2)称取质量百分比为95％～99％的Fe3Al纳米粉体，与分子量为13000克/摩尔、质量百分比浓度为0.1％的聚甲基丙烯酸胺的水溶液混合；用浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值，使pH值为8.0，此时Zeta-电位为0mV；所得混合液备用；
(3)称取质量百分比为1％～5％碳纳米管与浓度为300mg/L的聚乙烯亚胺水溶液混合，同样调节pH值，使PH值也调为8.0，此时Zeta-电位为-40mV；所得混合液备用；
(4)将步骤(2)和(3)所得混合液分别进行常规超声分散；
(5)然后用步骤(2)所得混合液滴定步骤(3)所得混合液，直至滴到PH值为12～13且不再变化；此时在静电引力的作用下形成复合粉体；
(6)将上述复合粉体以真空度为10-3Pa，温度为600℃～700℃，热处理6～8小时，充分干燥；
(7)将步骤(6)所得复合粉体在20℃～25℃，压力为170MPa～190MPa进行冷压成型；
(8)将冷压成型的坯体装入石墨模具中，在温度为1150℃～1350℃，压力为10MPa～35Mpa，保护气体为H2或N2条件下，热压烧结制得铁铝金属间化合物-碳纳米管复合材料。
上述步骤(1)所述Fe∶Al是指分析纯铁粉与分析纯铝粉的比，其中，铁粉与铝粉的原子比是：3∶1。
上述步骤(3)所述碳纳米管的称取量优选是质量百分比为2％～3％。
上述步骤(5)所述PH值优选为12.5。
上述步骤(8)所述烧结温度优选为1200℃，压力优选为18MPa～30Mpa。
利用本发明涉及的铁三铝-碳纳米管复合材料的制备方法，可以对增强相和制备方法进行优化选择，改善铁三铝金属间化合物的综合性能。基于碳纳米管和铁三铝金属间化合物的优良性能，利用碳纳米管的纤维增韧和塑性变形增韧协同效应，以及纳米效应，使复合材料具有较高的抗弯强度和断裂韧性，并具有良好的耐腐蚀性，经实验测定：利用本发明涉及的方法所制得的铁三铝-碳纳米管复合材料的主要指标是，抗弯强度到880～950MPa，洛氏硬度为60～70(HRC)。
经本发明方法制备的铁三铝金属间化合物-碳纳米管复合材料，可广泛应用于飞机结构零件、电磁元件、纺锤等耐高温，耐腐蚀领域。
具体实施方式
实施例1：
(1)以质量百分比计，将Fe∶Al＝84∶16的铸锭，在蒸发电流为80A，蒸发室气体压强为8Kpa条件下，利用氢电弧等离子体法制得Fe3Al纳米粉体；
(2)称取质量百分比为97％的Fe3Al纳米粉体，与分子量为13000克/摩尔、质量百分比浓度为0.1％的聚甲基丙烯酸胺的水溶液混合；用浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值，使pH值为8.0，此时Zeta-电位为0mV；所得混合液备用；
(3)称取质量百分比为3％碳纳米管与浓度为300mg/L的聚乙烯亚胺水溶液混合，同样调节pH值，使PH值也调为8.0，此时Zeta-电位为-40mV；所得混合液备用；
(4)将步骤(2)和(3)所得混合液分别进行常规超声分散；
(5)然后用步骤(2)所得混合液滴定步骤(3)所得混合液，直至滴到PH值为12且不再变化；此时在静电引力的作用下形成复合粉体；
(6)将上述复合粉体以真空度为10-3Pa，温度为600℃，热处理6小时，充分干燥；
(7)将步骤(6)所得复合粉体在20℃，压力为170MPa进行冷压成型；
(8)将冷压成型的坯体装入石墨模具中，在温度为1150℃，压力为20Mpa，保护气体为N2条件下，热压烧结制得铁铝金属间化合物-碳纳米管复合材料。
所制得复合材料得硬度为60(HRC)，抗弯强度为880MPa。
实施例2：
(1)以质量百分比计，将Fe∶Al＝84∶16的铸锭，在蒸发电流为80A，蒸发室气体压强为8Kpa条件下，利用氢电弧等离子体法制得Fe3Al纳米粉体；
(2)称取质量百分比为97.5％的Fe3Al纳米粉体，与分子量为13000克/摩尔、质量百分比浓度为0.1％的聚甲基丙烯酸胺的水溶液混合；用浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值，使pH值为8.0，此时Zeta-电位为0mV；所得混合液备用；
(3)称取质量百分比为2.5％碳纳米管与浓度为300mg/L的聚乙烯亚胺水溶液混合，同样调节pH值，使pH值也调为8.0，此时Zeta-电位为-40mV；所得混合液备用；
(4)将步骤(2)和(3)所得混合液分别进行常规超声分散；
(5)然后用步骤(2)所得混合液滴定步骤(3)所得混合液，直至滴到PH值为13且不再变化；此时在静电引力的作用下形成复合粉体；
(6)将上述复合粉体以真空度为10-3Pa，温度为650℃，热处理7小时，充分干燥；
(7)将步骤(6)所得复合粉体在23℃，压力为190MPa进行冷压成型；
(8)将冷压成型的坯体装入石墨模具中，在温度为1250℃，压力为25Mpa，保护气体为H2条件下，热压烧结制得铁铝金属间化合物-碳纳米管复合材料。
所制得复合材料得硬度为65(HRC)，抗弯强度为900MPa。
实施例3：
(1)以质量百分比计，将Fe∶Al＝84∶16的铸锭，在蒸发电流为80A，蒸发室气体压强为8Kpa条件下，利用氢电弧等离子体法制得Fe3Al纳米粉体；
(2)称取质量百分比为98％的Fe3Al纳米粉体，与分子量为13000克/摩尔、质量百分比浓度为0.1％的聚甲基丙烯酸胺的水溶液混合；用浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值，使pH值为8.0，此时Zeta-电位为0mV；所得混合液备用；
(3)称取质量百分比为2％多壁碳纳米管与浓度为300mg/L的聚乙烯亚胺水溶液混合，同样调节pH值，使PH值也调为8.0，此时Zeta-电位为-40mV；所得混合液备用；
(4)将步骤(2)和(3)所得混合液分别进行常规超声分散；
(5)然后用步骤(2)所得混合液滴定步骤(3)所得混合液，直至滴到PH值为12.5且不再变化；此时在静电引力的作用下形成复合粉体；
(6)将上述复合粉体以真空度为10-3Pa，温度为700℃，热处理8小时，充分干燥；
(7)将步骤(6)所得复合粉体在25℃，压力为180MPa进行冷压成型；
(8)将冷压成型的坯体装入石墨模具中，在温度为1200℃，压力为30Mpa，保护气体为N2条件下，热压烧结制得铁铝金属间化合物-碳纳米管复合材料。
所制得复合材料得硬度为70(HRC)，抗弯强度为950MPa。
Claims (9)
1.一种铁铝金属间化合物-碳纳米管复合材料，由铁铝金属间化合物，碳纳米管组成；其组分以重量百分比(wt％)计：碳纳米管为1％～5％，余量为铁铝金属间化合物。
2.如权利要求1所述的铁铝金属间化合物-碳纳米管复合材料，其特征是，所述各组分含量的重量百分比是：碳纳米管为2％～3％，余量为铁铝金属间化合物。
3.如权利要求2所述的铁铝金属间化合物-碳纳米管复合材料，其特征是，所述各组分含量的重量百分比是：碳纳米管为2％，铁铝金属间化合物为98％。
4.如权利要求1～3之一所述的铁铝金属间化合物-碳纳米管复合材料，其特征是，所述碳纳米管为多壁型。
5.权利要求1～4之一所述的铁铝金属间化合物-碳纳米管复合材料的制备方法，其步骤如下：
(1)以质量百分比计，将Fe∶Al＝84∶16的铸锭，在蒸发电流为80A，蒸发室气体压强为8Kpa条件下，利用氢电弧等离子体法制得Fe3Al纳米粉体；
(2)称取质量百分比为95％～99％的Fe3Al纳米粉体，与分子量为13000克/摩尔、质量百分比浓度为0.1％的聚甲基丙烯酸胺的水溶液混合；用浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值，使pH值为8.0，此时Zeta-电位为0mV；所得混合液备用；
(3)称取质量百分比为1％～5％碳纳米管与浓度为300mg/L的聚乙烯亚胺水溶液混合，同样调节pH值，使PH值也调为8.0，此时Zeta-电位为-40mV；所得混合液备用；
(4)将步骤(2)和(3)所得混合液分别进行常规超声分散；
(5)然后用步骤(2)所得混合液滴定步骤(3)所得混合液，直至滴到PH值为12～13且不再变化；此时在静电引力的作用下形成复合粉体；
(6)将上述复合粉体以真空度为10-3Pa，温度为600℃～700℃，热处理6～8小时，充分干燥；
(7)将步骤(6)所得复合粉体在20℃～25℃，压力为170MPa～190MPa进行冷压成型；
(8)将冷压成型的坯体装入石墨模具中，在温度为1150℃～1350℃，压力为10MPa～35Mpa，保护气体为H2或N2条件下，热压烧结制得铁铝金属间化合物-碳纳米管复合材料。
6.如权利要求5所述的铁铝金属间化合物-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征是，步骤(1)所述Fe∶Al是指分析纯铁粉与分析纯铝粉的比，其中，铁粉与铝粉的原子比是：3∶1。
7.如权利要求5所述的铁铝金属间化合物-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征是，步骤(3)所述碳纳米管的称取量是质量百分比为2％～3％。
8.如权利要求5所述的铁铝金属间化合物-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征是，步骤(5)所述PH值为12.5。
9.如权利要求5所述的铁铝金属间化合物-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征是，步骤(8)所述烧结温度为1200℃，压力为18MPa～30Mpa。
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN100427622C (zh) * | 2006-08-22 | 2008-10-22 | 哈尔滨工业大学 | 一种细晶TiAl金属间化合物材料的制备方法 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100427622C (zh) * | 2006-08-22 | 2008-10-22 | 哈尔滨工业大学 | 一种细晶TiAl金属间化合物材料的制备方法 |
| CN101550523B (zh) * | 2009-05-07 | 2011-02-09 | 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 |
| CN113430447A (zh) * | 2021-06-09 | 2021-09-24 | 西安工业大学 | 低密度高性能碳纳米管增强铁铝合金及其制备方法 |
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