[发明专利]一种非晶合金颗粒与碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法有效

专利信息
申请号: 201811298710.1 申请日: 2018-11-02
公开(公告)号: CN109554564B 公开(公告)日: 2021-05-14
发明(设计)人: 李才巨;关洪达;易健宏;徐尊严;李宁宇 申请(专利权)人: 昆明理工大学
主分类号: C22C1/05 分类号: C22C1/05;C22C1/10;C22C21/00;C23C18/32;C23C16/26
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摘要:
搜索关键词: 一种 合金 颗粒 纳米 增强 复合材料 制备 方法
【说明书】:

发明公开一种非晶合金颗粒与碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法,属于金属基复合材料制备技术领域。本发明所述方法以非晶合金颗粒为载体,在非晶合金颗粒表面沉积一层均匀的纳米镍颗粒,得到表面镀镍的非晶合金颗粒;再以甲烷为碳源,利用化学气相沉积法在非晶合金颗粒的表面上原位合成碳纳米管,得到碳纳米管包覆非晶颗粒的复合增强相;采用机械球磨法将复合增强相与铝基体粉末均匀混合,得到复合材料粉末;对复合材料粉末进行冷压成块、烧结、热加工,得到最终的非晶合金颗粒与碳纳米管复合增强的铝基复合材料。本发明将原位合成的碳纳米管与非晶合金颗粒结合在一起,使得碳纳米管能够在铝基体中更均匀的分散,制备得到具有高强、高导、耐高温性等优良综合性能的铝基复合材料。

技术领域

本发明涉及一种非晶合金颗粒与碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法,属于复合材料制备技术领域。

背景技术

铝合金由于其优异的力学性能,被广泛应用于航空航天、交通运输、兵器制造、电气工程、体育器材等诸多领域。随着现代工业的迅猛发展,上述领域对铝合金材料的各项性能都提出了越来越高的要求。铝基复合材料具有低密度、高强度、高的弹性模量以及良好的耐腐蚀性能,目前受到越来越广泛的关注。

传统的铝基复合材料通常以陶瓷颗粒(如SiC、Al2O3等)作为增强相,但由于增强体与基体之间的界面反应导致界面的结合性差,造成复合材料的力学性能下降。与传统的陶瓷颗粒增强相相比,非晶合金具有高的强度、弹性模量、耐腐蚀性、耐磨性等,添加到铝基体中可显著提高材料的性能,被认为是理想的金属基复合材料增强相。粉末冶金法制备非晶合金增强铝基复合材料,虽然力学性能有了一定改善,但是效果不是很明显,而且非晶合金颗粒与基体之间的界面结合不够理想,材料的塑性也相对较差,需要通过其他的方式来提高材料的综合性能。

CNTs以其优异的物理性能和机械性能,已经成为高分子、金属等基体复合材料中的理想增强相,CNTs增强铝基复合材料在航空航天、交通运输等领域具有广泛的应用前景。目前关于CNTs增强铝基复合材料的研究报道有很多,但大多采用高能球磨的制备方法。由于碳纳米管属于纳米相且长径比很大,在基体中容易团聚和缠结,采用高能球磨法会使碳纳米管在铝基体中分散不均匀,而且高能球磨会破坏碳纳米管的结构,最终导致复合材料的性能下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非晶合金颗粒与碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法,使两增强相均匀分散在基体之中,充分发挥各自的作用,共同提高材料的性能。具体包括以下步骤:

(1)以非晶合金颗粒为载体,采用常规方法(一般采用沉淀-沉积法或化学镀镍法)在非晶合金颗粒表面沉积一层均匀的纳米镍颗粒,得到表面镀镍的非晶合金颗粒,再利用化学气相沉积法(CVD法)以甲烷为碳源,在非晶合金颗粒的表面上原位合成碳纳米管得到复合增强相;镍颗粒作为化学气相沉积法的催化剂。

(2)将步骤(1)得到的增强相与铝基体粉末通过机械球磨法均匀混合,得到复合材料粉末;

(3)对复合材料粉末进行冷压成块、烧结、热加工,得到最终的铝基复合材料。

优选的,本发明步骤(1)所述非晶合金颗粒为Fe基非晶合金颗粒、Ti基非晶合金颗粒、Mg基非晶合金颗粒、Al基非晶合金颗粒、Zr基非晶合金颗粒中的一种;所述非晶合金颗粒的粒径大小为16~40μm。

通过控制通入甲烷气体的时间,可以控制在非晶合金颗粒表面原位合成的碳纳米管的体积分数,并且得到的碳纳米管在颗粒表面分布均匀,结构完整没有缠结,是比较完美的增强相;通入甲烷气体的时间为15~120min。

优选的,本发明步骤(2)中铝基体粉末为纯铝粉或铝合金粉。

优选的,本发明步骤(1)中表面镀镍的非晶合金颗粒中镍的质量百分比为1~2.5%。

优选的,表面生长碳纳米管的非晶合金颗粒中碳纳米管的含量为1~2.5wt%。

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