[发明专利]一种纳米ND-Cu/Al复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种纳米ND‑Cu/Al复合材料及其制备方法，属于铝基合金材料技术领域，将强酸处理后的纳米金刚石的纳米特性作为非均匀形核晶核，通过液相还原法制备了纳米金刚石‑铜(ND‑Cu)复合物。利用ND‑Cu复合物显著增强了纳米金刚石颗粒与Al基体的界面粘结，得到产物铝基复合材料ND‑Cu/Al。复合材料ND‑Cu/Al的耐磨、抗压等综合性能优异，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于铝基合金材料技术领域，尤其是涉及一种纳米ND-Cu/Al复合材料及其制备方法。

背景技术

随着时代的进步，单一的金属材料已经很难满足实际应用的需求，所以综合性能更高的金属基复合材料应运而生，并发展迅猛。随着轻量化改革，新型轻量化材料在汽车和航空航天工业的应用极其重要。铝基复合材料是由铝合金和增强相材料经过特殊的制备工艺结合而形成的新型复合材料，其具有密度小、高的比强度和比模量、韧性和抗冲击性高、热膨胀系数低、良好的耐磨性和尺寸稳定性等优良的物理性能和机械性能，广泛应用于电子、汽车、高铁、航空航天、船舶、军工等高端领域。

按照增强相的种类，可以将铝基复合材料分为颗粒增强铝基复合材料(PAMCs)、晶须增强铝基复合材料(SFAMCs)和纤维增强铝基复合材料(CFAMCs)。相较于纤维和晶须增强铝基复合材料，颗粒增强铝基复合材料的制备工艺多样且简便，微观结构均匀，性能稳定，成本较低，可进行轧制、挤压锻造等二次加工和大规模的工业上应用，使得颗粒增强铝基复合材料成为最有发展前途，实现规模化生产的新材料之一。

金刚石是目前已知的硬度最高的物质，硬度约为90GPa；金刚石结构稳定，也是最耐磨材料，比陶瓷材料要耐磨数十倍；使得金刚石是制备铝基复合材料的理想增强相材料。纳米金刚石(ND)兼具了纳米材料和金刚石的双重特性。已公开文献中报道，铝添加剂对镀钛金刚石-铜复合材料热学性能的影响，是利用了微米级金刚石，提高了材料热导率性能。

目前大多数国内外研究工作者集中在微米金刚石增强铝基复合材料，而对于控制纳米金刚石表面改性效果及其增强铝基复合材料的报道很少。这是因为纳米级金刚石的的特性小尺寸效应和表面和界面效应，使纳米金刚石非常容易聚集，纳米金刚石的严重团聚和表面上更多的无定形碳结构的存在将影响它们的性能发挥；且纳米金刚石与Al基的润湿性差，润湿角为130°，二者几乎不润湿，使得其二者界面结合性差。

公布号为CN106191540A的中国发明专利申请公开了一种汽车电子封装用纳米金刚石硅复合增强铝镁合金及其制备方法，公开了原料镁、铜、钛、纳米金刚石-硅溶胶、造孔剂、乙醇、铝，其中使用了50-60％含量的纳米金刚石-硅溶胶，纳米材料用量较大、成本高，同时也降低了材料强度。

因此，现阶段需研究一种能够解决纳米金刚石的解聚和润湿性是该材料的开发和应用中必须面对的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种纳米ND-Cu/Al复合材料及其制备方法，所得的ND-Cu/Al复合材料的耐磨、抗压等综合性能优异，具有良好的应用前景。

为实现上述目的提供如下方案：

一种纳米ND-Cu/Al复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将纳米金刚石放入王水中，于水浴条件下超声震荡处理1.5～2h，处理结束后再水洗到溶液呈中性，将所得的沉淀放入干燥箱内干燥，得到预处理纳米金刚石，待用；

(2)称取铜盐粉末，配制浓度为0.008～0.01mol/L的铜盐水溶液，再在所述铜盐水溶液中加入预处理纳米金刚石，并加入分散剂，利用超声分散制备得到悬浮液；

(3)向悬浮液中加入还原剂，水浴加热并搅拌均匀，反应时间为25～30min；等反应停止后，等其自然冷却后离心分离，所得产物待用；