[发明专利]具有非均匀结构的高强韧碳纳米管增强铝复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种具有非均匀结构的高强韧碳纳米管增强铝复合材料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)制备n份由碳纳米管和铝合金粉末组成的混合粉末，其中，第1份至第n份混合粉末中的碳纳米管含量依次为A₁ vol.％、A₂ vol.％、……、A_n vol.％，A₁A₂…A_n-1A_n；所述混合粉末是由铝合金粉末与碳纳米管粉末置于混料机中，混合均匀后获得；

(2)将质量为m₁的第1份混合粉末置于球磨机中，球磨h₁小时；然后将质量为m₂的第2份混合粉末加入到球磨机中第1份混合粉末上面，并第1份混合粉末共同球磨h₂小时；依次进行，直至将质量为m_n的第n份混合粉末加入到球磨机中第(n-1)份混合粉末上，并之前所有粉末共同球磨h_n小时；最后加入质量为m_n+1的铝合金粉末，与前面所有粉末共同球磨h_n+1小时，得到最终的复合材料粉末；所述球磨过程的球料比为5:1-30:1，转速为100-500r/min，球磨过程中每次加入的混合粉末中的碳纳米管的含量A_n vol.％为0.5-6vol.％，每次球磨的时间h_n为0.5-4小时；

(3)对步骤(2)所得最终的复合材料粉末进行粉末冶金致密化，得到致密的复合材料坯锭；

(4)对所得复合材料坯锭进行二次塑性变形加工，进一步改善微观组织，最终得到所述具有非均匀结构的高强韧碳纳米管增强铝复合材料。

2.根据权利要求1所述具有非均匀结构的高强韧碳纳米管增强铝复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，球磨中最后加入的铝合金粉末，是已经合金化的铝合金粉末或由元素粉末组成的预合金化铝粉末；球磨中加入的铝合金粉末平均粒径在5-100μm之间。

3.根据权利要求1或2所述的具有非均匀结构的高强韧碳纳米管增强铝复合材料的制备方法，其特征在于：球磨中加入的铝合金粉末，其名义成分选自1×××系到8×××系的各类铝合金成分。

4.根据权利要求1所述的具有非均匀结构的高强韧碳纳米管增强铝复合材料的制备方法，其特征在于：所述的碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管结构，直径小于100nm，长度小于500μm。

5.根据权利要求1所述具有非均匀结构的高强韧碳纳米管增强铝复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述球磨过程加入过程控制剂，所述过程控制剂为甲醇、乙醇、石油醚、硬脂酸、油酸和液体石蜡中的一种。

6.根据权利要求1所述的具有非均匀结构的高强韧碳纳米管增强铝复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，球料比为10:1-15:1，转速为200-350r/min，h_n为1-3小时。

7.根据权利要求1所述的具有非均匀结构的高强韧碳纳米管增强铝复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述二次塑性变形加工为热挤压、热轧制或单向锻造。

8.一种利用权利要求1-7任一所述方法制备的具有非均匀结构的高强韧碳纳米管增强铝复合材料，其特征在于：该复合材料具有非均匀结构，是由碳纳米管分散于铝基体中形成，其中：所述碳纳米管含量及晶粒尺寸在微区呈梯度分布。

9.根据权利要求8所述的具有非均匀结构的高强韧碳纳米管增强铝复合材料，其特征在于：所述碳纳米管在基体局部呈梯度分布，在碳纳米管呈梯度分布的区域内晶粒尺寸也呈梯度变化。