[发明专利]一种涂覆氧化铝晶须纳米管增强镁基复合材料的制备方法

说明书

一种涂覆氧化铝晶须纳米管增强镁基复合材料的制备方法，先制备涂覆氧化铝晶须纳米管，然后将镁合金粉导入涂覆氧化铝晶须纳米管材料悬浊液中得到混料，60～80℃真空烘干，再导入球磨坩埚，氩气保护下球磨；50～100MPa冷压压制成预制块；放入模具中，以7～10℃/min加热速率加热该模具至固相线以下10～20℃，然后再以3～5℃/min继续加热并控制其固相率于70～90%范围，得到涂覆氧化铝晶须纳米管增强镁基复合材料。本发明具有简单、安全、低成本易于操作和可控等优点。

技术领域

本发明属于材料制备成形技术领域。

背景技术

镁基复合材料作为一种金属基结构材料，具有质轻，比强度和比刚度高、良好的导电导热性能以及阻尼性能、铸造性能优良等特点，使其在金属基复合材料中具有有更大的潜在应用前景。然而镁合金同样也存在弹性模量小、强度不高，热膨胀系数高、高温下尺寸稳定性差以及耐磨性差等缺点，使得镁合金作为结构材料具有较大的局限性。难于满足高强度结构材料需求。

近年来，利用纤维或颗粒对镁合金进行复合增强，制备的镁基复合材料由于其高的比强度，良好的导电导热性能和低热膨胀系数等优点，吸引了极大关注并广泛应用于航天航空，汽车制造，电子仪器等领域。

碳纳米管作为一种具有大量特殊优异性能的管状物，如高强度、高弹性、高比表面积、耐热、耐腐蚀、导热和导电性等，暗示着碳纳米管在金属材料增强研究上有巨大的应用前景。碳纳米管的模量与金刚石相同，理论强度达到了106兆帕，是钢铁的100倍，而密度仅为钢铁的1/6，同时它又兼备极优的韧性和结构稳定性，是作为复合材料增强相的理想选择。然碳管由于其稳定SP2结构，表现出极差的润湿性同时，碳纳米管在熔铸过程中极易团聚和缠绕现象造成与金属基体界面结合性不强，不利于复合材料性能的增强。因此，如何减少碳纳米管在金属成型过程中的团聚性，以及改善其与基体的润湿性成为制备性能优异的碳纳米管增强金属基复合材料的关键。

晶须状碳纳米管作为一种新型结构碳纳米管，相比较于原始碳纳米管具有表面更加光滑，光洁度高，直径变化不大且曲率低等特点，外径尺寸分布在50～200nm之间，长度分布在２～20μm之间。杂乱团聚度低，可在一定程度上促进碳纳米管的分散工艺，为碳纳米管的工业化运用提供了极大地可能性。

氧化铝因其具有良好的耐熔性能的同时，能在高温下纳米氧化铝颗粒表面形成尖晶石或氧化镁，将大大改善其润湿性，可作为改善润湿性的中间物质。

在公开号CN101966449A，名称为：“为一种多壁碳纳米管负载二氧化钛催化剂的制备方法”中。将溶剂热及水热法结合起来，在溶剂中吸附胶体，干燥于CNT表面，水热分解其胶体，得到氧化涂覆物。以通过对CNT表面改性来达到优化润湿性的目的，然该方法步骤复杂，时间长，并且不能涂覆单质于CNT表面，具有一定局限性。

另一方面，对碳纳米管分散性的控制通常体现在金属制备过程中。目前，通过搅拌铸造法、原位合成法和粉末冶金法制备碳纳米管增强金属基复合材料较为常见。然而这几种方法的缺陷也是显而易见，铸造条件下CNT随着熔体的流动团聚严重，增强相分布不均匀。粉末冶金作为热门研究方向，界面结合以及致密性问题未能得到有效解决。原位合成法存在工艺过于复杂及过程难于控制等短板。

在公开号CN103614672A，名称为“碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法”中，采用了混料、烘干、球磨、冷压、烧结以及挤压等常规粉末冶金法制备了碳纳米管增强铝基复合材料，然界面结合性差，材料本身的致密性等问题较为突出。

在公开号CN103911566A，名称为“一种碳纳米管增强铝合金复合材料的粉末冶金制备方法”中，采用粉末冶金方法处理片状铝粉让CNT更加均匀，但是常规粉末冶金方法的缺陷比如未熔融，致密性不够好等缺陷未解决。