[發明專利]一種鍍鎳碳納米管增強鎂鋰基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811299502.3
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109518049A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 張揚;秦希云;陳曉陽;劉驍;盧雅琳;李小平
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C1/10
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 高姍

本發明涉及金屬材料技術領域，尤其是一種鍍鎳碳納米管增強鎂鋰基復合材料及其制備方法。其組成包括：0.5～3wt.％的鍍鎳碳納米管，6～20wt.％的鋰，1～5wt.％的鋁，余量為鎂。其中納米管為單壁或多壁碳納米管，長徑比大于20，鍍鎳層厚度為20～40nm。該鍍鎳碳納米管增強鎂鋰基復合材料的制備方法，包括預壓和熔煉兩個步驟。通過向鎂鋰合金基體中加入表面鍍鎳的碳納米管，抑制鋰元素與碳元素的反應，保護碳納米管不被破壞，同時通過鎳元素與鎂元素的結合，提高碳納米管與合金基體的結合強度，從而大幅提高鎂鋰基復合材料的強度。

技術領域

本發明涉及金屬材料技術領域，涉及一種鎂鋰基復合材料及其制備方法，尤其涉及一種鍍鎳碳納米管增強鎂鋰基復合材料。

背景技術

現代航空航天領域對飛行器結構的減重要求已經不再是“斤斤計較”，而是“克克計較”。因此，新型超輕金屬結構材料的開發顯得尤為重要。鎂鋰合金是以鎂和鋰為主要組成元素的合金材料，由于鋰的密度僅為0.534g/cm³，鎂鋰合金是目前為止密度最輕的金屬結構材料。根據鋰含量的不同，鎂鋰合金的密度在1.25～1.65g/cm³之間變化，不僅遠低于鋼、鈦合金和鋁合金，與普通鎂合金相比也有明顯優勢(普通鎂合金密度約為1.8g/cm³)。

鎂鋰二元合金的強度很低，幾乎不具備工程應用價值。Al、Zn、Cd幾種元素在鎂鋰合金中的強化效果較好，但合金的組織及性能穩定性較差，在室溫或稍高于室溫時易產生過時效現象。碳納米管具有極高的強度，是復合材料中理想的增強相。研究還發現，適量的碳納米管加入能夠同時提高復合材料的強度和塑性。但是由于鎂鋰合金基體中鋰元素的化學性質活潑，與碳納米管反應導致碳納米管破裂失效，失去強化效果。馬春江等人研究發現鎂鋰基復合材料中鋰元素與碳纖維反應使碳纖維受到侵蝕(馬春江,張獲,覃繼寧,等.鎂鋰基復合材料界面結構及熱力學分析[J].稀有金屬,1999,23(6):401-404.)。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鍍鎳碳納米管增強鎂鋰基復合材料及其制備方法。通過向鎂鋰合金基體中加入表面鍍鎳的碳納米管，抑制鋰元素與碳元素的反應，保護碳納米管不被破壞，同時通過鎳元素與鎂元素的結合，提高碳納米管與合金基體的結合強度，從而大幅提高鎂鋰基復合材料的強度。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種鍍鎳碳納米管增強鎂鋰基復合材料，包含以重量百分比計的下列組分：0.5～3wt％的鍍鎳碳納米管，6～20wt.％的鋰，1～5wt.％的鋁，余量為鎂。

本發明所述的鍍鎳碳納米管增強鎂鋰基復合材料，其中，碳納米管為單壁或多壁碳納米管。

本發明所述的鍍鎳碳納米管增強鎂鋰基復合材料，其中，碳納米管的長徑比大于20。

本發明所述的鍍鎳碳納米管增強鎂鋰基復合材料，其中，鍍鎳層厚度為20～40nm。

本發明任一所述的鍍鎳碳納米管增強鎂鋰基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

第一步，將鍍鎳碳納米管分散到無水乙醇中，再加入純鎂粉，水浴超聲攪拌至無水乙醇全部蒸發，即得混合粉末。對混合粉末進行預壓，得到預壓塊；

第二步，按照復合材料的成分要求，扣除第一步中加入的鎂粉，計算剩余元素配比并熔煉；待基體合金熔化后向熔體中加入上述預壓塊，繼續熔煉并鑄造成形，最后得到鍍鎳碳納米管增強鎂鋰基復合材料。。

其中，所述步驟一中，預壓壓力為10～40MPa，時間為1～10min。

其中，所述步驟二中，熔煉采用密封惰性氣氛下的感應熔煉，熔煉過程中施加感應熔煉自帶的電磁攪拌和外加的機械攪拌。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：