[發明專利]具有非均勻結構的高強韌碳納米管增強鋁復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201911043948.4
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110724842B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 劉振宇;馬宗義;肖伯律;王全兆;王東;倪丁瑞;張星星
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C21/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

1.一種具有非均勻結構的高強韌碳納米管增強鋁復合材料的制備方法，其特征在于：該方法包括如下步驟：

(1)制備n份由碳納米管和鋁合金粉末組成的混合粉末，其中，第1份至第n份混合粉末中的碳納米管含量依次為A₁ vol.％、A₂ vol.％、……、A_n vol.％，A₁A₂…A_n-1A_n；所述混合粉末是由鋁合金粉末與碳納米管粉末置于混料機中，混合均勻后獲得；

(2)將質量為m₁的第1份混合粉末置于球磨機中，球磨h₁小時；然后將質量為m₂的第2份混合粉末加入到球磨機中第1份混合粉末上面，并第1份混合粉末共同球磨h₂小時；依次進行，直至將質量為m_n的第n份混合粉末加入到球磨機中第(n-1)份混合粉末上，并之前所有粉末共同球磨h_n小時；最后加入質量為m_n+1的鋁合金粉末，與前面所有粉末共同球磨h_n+1小時，得到最終的復合材料粉末；所述球磨過程的球料比為5:1-30:1，轉速為100-500r/min，球磨過程中每次加入的混合粉末中的碳納米管的含量A_n vol.％為0.5-6vol.％，每次球磨的時間h_n為0.5-4小時；

(3)對步驟(2)所得最終的復合材料粉末進行粉末冶金致密化，得到致密的復合材料坯錠；

(4)對所得復合材料坯錠進行二次塑性變形加工，進一步改善微觀組織，最終得到所述具有非均勻結構的高強韌碳納米管增強鋁復合材料。

2.根據權利要求1所述具有非均勻結構的高強韌碳納米管增強鋁復合材料的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，球磨中最后加入的鋁合金粉末，是已經合金化的鋁合金粉末或由元素粉末組成的預合金化鋁粉末；球磨中加入的鋁合金粉末平均粒徑在5-100μm之間。

3.根據權利要求1或2所述的具有非均勻結構的高強韌碳納米管增強鋁復合材料的制備方法，其特征在于：球磨中加入的鋁合金粉末，其名義成分選自1×××系到8×××系的各類鋁合金成分。

4.根據權利要求1所述的具有非均勻結構的高強韌碳納米管增強鋁復合材料的制備方法，其特征在于：所述的碳納米管為單壁或多壁碳納米管結構，直徑小于100nm，長度小于500μm。

5.根據權利要求1所述具有非均勻結構的高強韌碳納米管增強鋁復合材料的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，所述球磨過程加入過程控制劑，所述過程控制劑為甲醇、乙醇、石油醚、硬脂酸、油酸和液體石蠟中的一種。

6.根據權利要求1所述的具有非均勻結構的高強韌碳納米管增強鋁復合材料的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，球料比為10:1-15:1，轉速為200-350r/min，h_n為1-3小時。

7.根據權利要求1所述的具有非均勻結構的高強韌碳納米管增強鋁復合材料的制備方法，其特征在于：步驟(4)中，所述二次塑性變形加工為熱擠壓、熱軋制或單向鍛造。

8.一種利用權利要求1-7任一所述方法制備的具有非均勻結構的高強韌碳納米管增強鋁復合材料，其特征在于：該復合材料具有非均勻結構，是由碳納米管分散于鋁基體中形成，其中：所述碳納米管含量及晶粒尺寸在微區呈梯度分布。

9.根據權利要求8所述的具有非均勻結構的高強韌碳納米管增強鋁復合材料，其特征在于：所述碳納米管在基體局部呈梯度分布，在碳納米管呈梯度分布的區域內晶粒尺寸也呈梯度變化。