[發明專利]碳納米管增強泡沫鋁基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810058778.6
• 申請日: 2018-01-22
• 公開（公告）號: CN108396163B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 胡志力;宋錦書;龐秋
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C1/10;C22C21/00;B23K20/12
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮;王淳景

本發明公開了一種碳納米管增強泡沫鋁基復合材料的制備方法，包括以下步驟：S1、將發泡粉和碳納米管混合均勻；S2、準備兩塊鋁板，分別為第一鋁板和第二鋁板，第一鋁板上開設有凹槽；S3、將混合粉末均勻裝于第一鋁板的凹槽中，將第二鋁板疊放在第一鋁板的上方且完全覆蓋所述凹槽；S4、使用攪拌摩擦焊對第二鋁板進行多次攪拌焊處理，以得到晶粒致密的混有碳納米管增強相的泡沫鋁基復合材料預制體；S5、將泡沫鋁基復合材料預制體進行加熱發泡處理，即獲得碳納米管增強泡沫鋁基復合材料。本發明將攪拌摩擦焊用于制備碳納米管增強泡沫鋁基復合材料，具有效率高、成本低且制品顆粒細化、性能優異、孔隙率大的優點。

技術領域

本發明涉及一種泡沫鋁基復合材料的制備方法，尤其涉及一種碳納米管增強泡沫鋁基復合材料的制備方法，它將碳納米管作為增強相采用攪拌摩擦焊的方式制備泡沫鋁基復合材料。

背景技術

如今新型輕量化材料使用已成為汽車輕量化的主要研究方向，而泡沫鋁是其中最具代表的一種。泡沫鋁因自身獨特的微觀孔隙結構具有許多其他材料不具備的優勢，例如密度小、比強度大、力學性能響應好、能量回收效率高等優點，而被廣泛應用在汽車的前后縱梁、車頂架、保險杠及AB柱等易受沖擊部位。

泡沫鋁基復合材料是通過在泡沫鋁的基體材料中混入各種增強相而制成的集合泡沫鋁本身和增強相兩者優點于一身的全新輕量化材料。在眾多增強相中，碳納米管因其自身密度低和力學性能優異等獨特優點自然成為泡沫鋁基復合材料的理想增強相，可用來大大提高泡沫鋁復合基材料的強度。但目前仍沒有系統而效率高的制備方法，其主要原因大概與鋁基質本身相異巨大的密度和熱膨脹系數及碳納米管的表面積過大造成的碳納米管在泡沫鋁基質中難以均勻分布有關。

目前涉及碳納米管增強泡沫鋁基復合材料的制備方法并不是很多，如中國發明專利申請CN104745976A公開了一種碳納米管增強泡沫鋁基復合材料的制備方法，它采用化學氣相沉積法，主要通過將碳納米管、鋁粉和尿素顆粒和無水乙醇冷壓成型后進行粉末燒結來得到預制體；中國發明專利申請CN107012349A公開了一種碳納米管增強泡沫鋁基復合材料的制備方法，它采用微波燒結技術將表面有金屬銅鍍層的碳納米管和尿素顆粒與溫水混合后冷壓冶金獲取預制體；中國發明專利申請CN104911388A公開了一種用于減振吸能的碳納米管增強泡沫鋁復合材料的制備方法，它通過尿素作為造孔劑和通過鎳作為碳納米管合成的催化劑來原位合成預制體；中國發明專利申請CN 101798665A公開了一種鋁基泡沫材料的制備方法，它通過向熔融鋁或鋁合金中加入帶有金屬鍍層的碳纖維并攪拌均勻后進行冷卻獲得成品；中國發明專利申請CN104745853A公開了一種泡沫鋁/納米碳復合材料的制備方法，它將納米碳與發泡劑漿料涂抹在鋁箔上再反復高溫軋制來得到復合材料。這些專利申請中涉及的方法以各種粉末冶金法及熔融發泡法及它的改進方法為主，數量少且并未大量投入生產，且各有各的缺點，如制備的復合材料易產生泡孔缺陷、力學性能差和工藝復雜、耗時長等。

綜上可知，由于泡沫鋁本體泡沫分布及碳納米管本身密度小、表面積大等特點，若采用傳統方法，則碳納米管不易均勻分布到泡沫鋁的基體中，且會產生泡孔破碎、孔洞連接、密度不均等缺點，并且傳統的粉末冶金法原料為純鋁粉末，消耗成本過大，工藝復雜，而且會發生基體粉末與發泡劑粉末互相吸附而不擴散的團聚效應，可見現在還沒有高效的方法應用于制備碳納米管增強泡沫鋁新型復合材料中。目前國際上只有日本學者對攪拌摩擦焊做過不少研究，但均未涉及泡沫鋁的碳納米管增強相問題，僅涉及單純的閉孔泡沫鋁與泡沫鋁夾芯板的制備。因此，本申請首次提出將該新型固相連接方法用于此處碳納米管增強新型泡沫鋁復合材料的制備。

發明內容

本發明的目的在于提供一種碳納米管增強泡沫鋁基復合材料的制備方法，它將攪拌摩擦焊用于制備碳納米管增強泡沫鋁基復合材料，具有效率高、成本低且制品顆粒細化、性能優異、孔隙率大的優點。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種碳納米管增強泡沫鋁基復合材料的制備方法，包括以下步驟：