[發明專利]激光－感應復合熔化沉積梯度含量的CNTs增強銅基復合材料的方法

無效

• 申請號: 201310082105.1
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN103128284A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 周圣豐;戴曉琴;吳超;張天佑
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;C22C47/14;C22C49/02;C22C49/14;C22C101/10
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本發明屬于快速制造技術領域，特別涉及一種激光－感應復合熔化沉積梯度含量的CNTs增強銅基復合材料的方法。

背景技術

銅合金具有優異的導電、導熱、耐蝕性能和良好的加工性能，在集成電路引線框、高鐵接觸導線、連鑄結晶器等領域具有廣泛的應用。但是，銅合金的強度、抗高溫軟化溫度與耐磨性不足，極大地限制其在工業領域中的應用。眾所周知，銅合金的高強與高導呈相互矛盾的關系。因此，如何在盡可能少的降低銅合金的導電與導熱性能的前提下，大幅度提高銅合金的強度、硬度、耐磨與耐蝕性能，是國內外研究者一直不懈努力追求的目標。

目前，通常采用合金化法或第二相顆粒增強法提高銅合金的強度。根據導電理論，固溶于銅基體中的原子引起的點陳畸變對電子的散射作用比第二相顆粒對電子散射作用強的多。因此，第二相顆粒增強銅合金不會明顯降低銅合金的導電與導熱性能，而且可以改善銅合金的室溫與高溫性能，成為了提高銅合金強度的一種有效方法。尤其是從日本的Iijima首次用高分辨電鏡觀察到了碳納米管以來（Iijima?S.?Helical?microtubules?of?graphitic?carbon.?Nature,?1991,?354:?56-58），碳納米管以其獨特的結構表現出超常的強度、熱導率、磁阻等性能，作為極具潛力的增強相可以和金屬形成具有強度高、模量高、耐高溫、熱膨脹系數小與抗熱變性能強等特點的金屬基復合材料，引起了研究者的廣泛關注

近年來，制備CNTs增強銅基復合材料的方法主要有：粉末冶金法（王森.?碳納米管增強銅基復合材料的制備與研究，碩士學位論文，蘭州大學，2009、高能球磨－高溫燒結法（蔡曉蘭，蔣太煒，陳亞光，王開軍.?一種碳納米管增強銅基復合材料的制備方法.?中國發明專利,?公開號：CN102628115A）、熱壓法（陳海英.?熱壓法制備碳納米管/銅復合材料組織與性能形究.?碩士學位論文，哈爾濱工業大學，2006）等。上述三種方法在制備過程中均存在：碳納米管易團聚、分布不均、與銅基體潤濕性差以及工藝復雜、很難制備大體積的碳納米管增強銅基復合材料等問題，尤其是很難制備碳納米管含量呈梯度分布的銅基復合材料，難以滿足工業領域對性能呈梯度變化的高強高導銅合金的需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種激光－感應復合熔化沉積梯度含量的CNTs增強銅基復合材料的方法。本發明所述的激光－感應復合熔化沉積技術，是將激光－感應復合熔覆技術與快速原型制造技術結合起來，所形成的一種制造高性能致密零部件的快速制造技術。另外，本發明采用旋轉電泳的方法篩選出直徑相同與長度相同的碳納米管，然后按質量百分比呈梯度增加分別與銅合金粉末經球磨機混合均勻，經化學鍍鎳后形成流動性好、適合自動送粉、CNTs彌散分布的銅基復合粉末，最后進行多道多層激光－感應復合熔化沉積，制備沿材料厚度方向含量呈梯度分布的CNTs增強銅基復合材料。

本發明是這樣來實現的，其方法與步驟為：

（1）碳納米管的篩選：采用旋轉電泳的方法篩選獲得相同直徑與相同長度的碳納米管，具體為：

1）采用體積比1:1的30~70%硫酸與40~80%硝酸的混合液，對直徑為2~100nm與長度為5~100μm的碳納米管酸洗3~10h，獲得提純的碳納米管；

2）將提純后的碳納米管加入到裝有濃度為0.5~2.0g/L與溫度為40~90℃的十六烷基三甲基溴化銨溶液的表面改性槽內，在超聲波分散器上分散2~8h，使提純后的碳納米管經表面改性后帶正電荷；

3）旋轉電泳裝置的上電極接電源負極，沿其中心軸以速度為5~10轉/分旋轉，其下表面安裝有材質為聚酰胺的滲透膜，下電極接電源正極，在直流電壓為10~30V的范圍內選取旋轉電泳裝置的電壓并固定，直徑相同且長度相同的碳納米管在電場力的作用下向上電極運動，并吸附在滲透膜表面；

4）將吸附有碳納米管的滲透膜從上電極的下表面取出，完全溶解在體積比為1:1的苯酚與冰醋酸的混合溶劑中，過濾與去離子水洗滌，真空干燥2~4h；

（2）CNTs彌散分布的銅基復合粉末的制備：將篩選獲得的碳納米管按質量百分比呈梯度增加分別與銅合金粉末在行星式球磨機上混合均勻，然后進行化學鍍鎳處理，制備成流動性好、適合自動送粉、CNTs彌散分布的銅基復合粉末；