[发明专利]一种碳纳米管增强多层铝基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及铝基复合材料技术领域，具体涉及一种碳纳米管增强多层铝基复合材料及其制备方法和应用。所述方法包括：1)对铝基板表面进行碱液、酸液处理后进行清洗、干燥，然后对得到铝基板表面进行打磨预处理，2)用混合酸对碳纳米管进行酸化处理，然后将酸化后的碳纳米管制成碳纳米管悬浮液；3)将步骤2)的碳纳米管悬浮液置于步骤1)打磨后的铝基板的表面，干燥后得到碳纳米管/铝单层复合板材；4)将步骤3)获得的复合板材交替堆垛，预压成形，然后进行真空烧结；5)将步骤4)中真空烧结后的产品进行轧制处理，即得。本发明利用碳纳米管作为多层铝基板之间的增强层，能够有效提高多层铝基复合材料的力学性能和导电性能。

技术领域

本发明涉及铝基复合材料技术领域，具体的，涉及一种碳纳米管增强多层铝基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

本发明背景技术中，公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着环境保护和节能减排要求的提高，越来越多的国家将轻量化作为重要的发展方向和目标。铝及铝合金具有密度低，比强度和比刚度高，耐腐蚀性优良和加工性能良好等优势，是实现轻量化的重要载体，已经被广泛的运用于电力电缆、航空航天、轨道交通、汽车制造等领域。然而，随着科技的进步和发展，上述领域对铝合金材料的导电性、比刚度、比强度和耐磨性等性能又提出了更高的要求。

碳纳米管是一种纳米尺寸材料，具有极高的强度、低的膨胀系数、优异的导电性、耐磨性和耐腐蚀性，是目前可制备出的最高比强度的材料，也是复合材料理想的增强相。近年来，研究者们发现将碳纳米管添加到铝合金中，可以制备出兼具高导电性、低密度、高强度和高耐磨性的碳纳米管增强铝基复合材料。目前，制备碳纳米管增强铝基复合材料的方法主要有粉末冶金法、喷涂法和搅拌摩擦等加工方法。专利文献CN 103911566 A公开了一种碳纳米管增强铝合金复合材料的粉末冶金制备方法。该方法采用浆料混合法或者原位生长法预先制备碳纳米管/纯铝的片状复合粉末；再将片状复合粉末与铝合金粉末按照一定比例混合，最后经过致密化、烧结、热变形加工及热处理获得碳纳米管增强铝合金复合材料。然而，本发明人认为：碳纳米管作为材料的强化相，其强度、硬度较大，与铝粉颗粒的尺寸差异明显，在材料烧结制备过程中易产生孔隙，使得材料的致密化程度低，组织也较为粗大，影响复合材料的性能。

专利文献CN 108103360 A公开了一种通过搅拌摩擦加工技术制备多壁碳纳米管增强1060铝复合材料的方法。该方法通过材料的剧烈塑性变形、混合与破碎，在摩擦热和机械搅拌的共同作用下发生动态再结晶，从而使组织细化、均匀化和致密化，以提高材料的性能。然而，本发明人认为：由于纯铝具有良好的塑性流动性能，经搅拌摩擦后能使增强相均匀弥散于铝基体中，得到综合性能优良的铝基复合材料。但是该方法不适合制备大块复合材料，很难进行工业化生产。

专利文献CN105648249A公开了一种多层铝合金套管填充碳纳米管/铝合金复合粉体的方法。其首先采用高能球磨将碳纳米管均匀分散到纯铝粉体中，获得碳纳米管/铝合金前驱复合粉体；同时，根据复合板材层数和各层厚度的设计，制备多层纯铝套管结构；然后，将复合粉体灌入多层纯铝套管，并捣紧、抽真空和封口；然后，对包套复合粉体进行多道次的同步、异步热轧和一道次冷轧；最后，对碳纳米管/铝合金多层复合板进行切头尾和切边，退火后得到碳纳米管增强铝基多层复合材料。然而，本发明人认为：该方法在轧制过程中难以实现粉体的均匀成形，留下大量空隙。

发明内容

针对上述的问题，本发明旨在提供一种碳纳米管增强多层铝基复合材料及其制备方法和应用。本发明利用碳纳米管作为多层铝基板之间的增强层，能够有效提高多层铝基复合材料的力学性能和导电性能。

本发明的第一目的，是提供一种碳纳米管增强多层铝基复合材料。

本发明的第二目的，是提供一种碳纳米管增强多层铝基复合材料的制备方法。