[发明专利]一种纳米碳铝合金复合材料的制备方法及其应用

说明书

一种纳米碳铝合金复合材料的制备方法，将石墨蠕虫或纳米碳粉体与去离子水混合均匀，并进行分散剥离，制得纳米碳浆料；以微米或纳米铝粉为原料粉体，分散于聚硅氧烷溶液中，在真空状态下将原料粉体与聚硅氧烷溶液混合并球磨成为片状，制得铝箔浆料；将纳米碳浆料和铝箔浆料装入密闭水冷压力反应釜中，通入丙烷气体并密封容器，缓慢搅拌混合均匀；将混合物升温、加压，当温度升高至90℃～150℃、压力提升至4～9MPa时，丙烷达到超临界流体状态；将丙烷保持0.5hour～10hour，再降温降压得到复合浆料；将复合浆料过滤，回收溶剂，真空干燥，得纳米碳铝合金复合材料。本发明提出的一种纳米碳铝合金复合材料的制备方法，工艺简单，生产效率高，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于铝合金复合材料技术领域，更具体地，本发明涉及一种纳米碳铝合金复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，铸造铝合金具有良好的铸造性能，可以制成形状复杂的零件，不需要庞大的附加设备，具有节约金属、降低成本等优点，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶等工业中已大量应用。

纳米碳具有超强的模量、强度、导电性和导热性，是一种理想的铝合金的增强相，添加1％左右纳米碳就可以显著提升铝合金的机械性能，提高纳米碳在铝合金中的含量是实现性能增强的可选途径。金属粉体可以通过各种方法制备复杂形状和各种尺寸的零部件，包括铸造、粉末冶金和挤压成形等，所以可以采用纳米碳铝合金粉体原料作为铝合金零部件的生产方式。超临界流体技术在萃取、反应、提纯、材料制备等领域已广泛应用，工艺已较成熟，但在铝合金材料微细颗粒制备方面的应用鲜有报道。

为此，现有技术中已经对其提出了一些解决方案。例如，专利文献CN108359831A中公开了一种石墨烯复合铝合金的制备方法，该发明通过将石墨烯与铝合金粉末在球磨中进行研磨，改善了石墨烯的润湿性，石墨烯较快地在金属溶液中达到均匀分布，所得到的石墨烯铝合金型材的热导率得到较大改善，提高了石墨烯复合铝合金材料的强度、韧性等。但是，该发明的制备工艺复杂，生产效率低，工业化生产周期长，不适合工业化生产，制约着纳米碳铝合金复合材料的发展。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种纳米碳铝合金复合材料的制备方法，能有效的解决背景技术中提出的问题，工艺简单，生产效率高，适合工业化生产；采用本发明的工艺制得的纳米碳铝合金复合材料，具有更高的抗拉强度和延伸率，具有广阔的应用前景。

本发明提供的具体解决方案包括如下步骤：

(1)将石墨蠕虫或纳米碳粉体与去离子水混合均匀，并进行分散剥离，制得纳米碳浆料；

(2)以微米或纳米铝粉为原料粉体，分散于聚硅氧烷溶液中，在真空状态下将原料粉体与聚硅氧烷溶液混合并球磨成为片状，制得铝箔浆料；

(3)将步骤(1)得到的纳米碳浆料和步骤(2)得到的铝箔浆料装入密闭水冷压力反应釜中，通入丙烷气体并密封容器，缓慢搅拌混合均匀；

(4)将步骤(3)得到的混合物以1℃/min的速率升温、以0.05MPa～0.2MPa的速率加压，当温度升高至90℃～150℃、压力提升至4～9MPa时，丙烷达到超临界流体状态；

(5)将步骤(4)得到的混合物保持0.5hour～10hour，再以1℃/min～5℃/min的速率降温，或以0.02MPa～0.1MPa的速率降压，或同时降温降压，得到复合浆料；

(6)将步骤(5)得到的复合浆料过滤，回收溶剂，真空干燥，得到纳米碳铝合金复合材料。

可选地，所述步骤(1)中的石墨蠕虫的比表面积大于40m²/g；所述石墨蠕虫由可膨胀石墨加热至400～1100℃膨胀后得到；所述可膨胀石墨的膨胀倍数大于200；所述分散剥离的剪切速度≥9000转/秒。