[發明專利]一種碳納米管增強鎂基復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 201210497721.9
• 申請日: 2012-11-29
• 公開（公告）號: CN103014567A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 劉勇;曾效舒;付東明;邵爽
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: C22C47/06
• 分類號: C22C47/06;C22C47/08;C22C101/10;C22C121/00
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

本發明屬于冶金技術領域，特別涉及鎂基復合材料的制備方法。

背景技術

近年來，隨著航空航天、汽車、機械及電子行業等高技術領域的迅猛發展，對顆粒增強金屬基復合材料的需求量正逐年增加。鎂基復合材料因其密度小，且比鎂及鎂合金具有更高的比強度、比剛度、耐磨性和耐高溫性能，受到高度的重視。而碳納米管具有優異的性能，例如多壁碳納米管彈性模量達1TPa，拉伸強度為30GPa，極高的縱橫比和獨特的導電特性，是制備復合材料的理想增強材料。但碳納米管具有大的比表面積和極高的縱橫比，碳納米管之間存在較強的范德華力，使得其易團聚或纏繞，而增強體能否在基體材料中均勻分散且穩定存在將直接影響復合材料的性能。所以，要使碳納米管作為增強材料首要問題就是解決其在基體中的分散性。把顆粒添加到基體中的方法有很多種，例如利用失重和高強超聲處理把顆粒與基體混合。但失重工藝復雜而且難控制，超聲處理比較貴而且也很難達到大規模生產水平。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種工藝方法簡單、操作方便、工藝流程短、攪拌復合效果好、性能優異、生產成本低的高性能碳納米管顆粒增強鎂基復合材料的制備方法。

本發明的目的是通過以下步驟實現的。

（1）碳納米管/金屬粉末預制塊體的制備。

將碳納米管、金屬粉末按1:2~1:30的質量比例混合放入球磨機里球磨0.5~24h，然后用40~100目不銹鋼篩過篩，得到均勻混合料，再使用金屬箔紙將混合料包好，把混合料包放入一定尺寸的模具中，采用壓力機在室溫下進行壓制，制備碳納米管/金屬粉末預制塊體。

（2）強烈機械攪拌使碳納米管/金屬粉末預制塊體與金屬或合金熔體均勻混合。

將鎂基體材料完全溶化后，對熔體進行精煉除氣除渣，然后使用鐘罩將步驟（1）中的碳納米管/金屬粉末預制塊體壓入到鎂基體材料熔體中，至預制塊體完全熔入鎂或鎂合金液，然后在溫度700~780℃、攪拌速度100~1500轉/分鐘條件下，用攪拌器對鎂或鎂合金熔體攪拌0.5~10分鐘。攪拌完之后，調整熔體溫度到澆鑄溫度，澆鑄制得碳納米管增強鎂基復合材料坯錠。碳納米管占碳納米管增強鎂基復合材料的含量為0.1~5wt.%。

本發明所述的碳納米管可以為單壁或多壁碳納米管。本發明所述的金屬粉末為鎂基體材料的成分中所含有的元素，如AZ91D中含有的鋁、鋅等。金屬粉末可以為單一的金屬粉末，也可以是多種金屬粉末的混合物。

本發明所述的鎂基體材料為鎂或鎂合金。

本發明所述的澆鑄方法可以是壓力鑄造、重力鑄造、真空吸鑄等所有鑄造方法。

本發明所述的金屬箔紙根據復合材料成分要求選擇使用，盡量避免因金屬箔紙的使用而帶入其他元素。

本發明由于采用上述工藝方法，具有以下有益的效果：

1、碳納米管通過與金屬粉末混合球磨處理，對碳納米管有預分散作用，同時也有效地提高了碳納米管與金屬或合金熔體的潤濕性，有利于二者的攪拌復合。

2、強烈的機械攪拌，產生強力高效的徑向作用力，有利于顆粒與熔體的充分混合，同時進一步提高碳納米管在熔體中分散的均勻性。

3、碳納米管在鎂基體中均勻分布的穩定性提高。

4、與一步直接添加碳納米管到熔體中相比，采用本發明中的預先制備碳納米管/金屬粉末預制塊體的方法，通過調節預制塊體的添加量，可以使得復合材料內碳納米管顆粒的含量易于準確控制和調節。

綜上所述，本發明工藝方法簡單、操作方便、工藝流程短、攪拌效果好、碳納米管顆粒在基體中分布均勻、性能優異、生產成本低，適于工業化規模制備高性能碳納米管增強鎂基復合材料。

具體實施方式

本發明將通過以下具體實施例作進一步的描述。

實施例1。