[發明專利]一種表面涂覆氧化鋁的碳納米管增強鋁基復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201911147277.6
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN110669956A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 吳思昕
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C21/00;C22C32/00;B22F9/04
• 代理公司: 22201 長春吉大專利代理有限責任公司
• 代理人: 李泉宏

本發明公開了一種表面涂覆氧化鋁的碳納米管增強鋁基復合材料的制備方法，屬于復合材料制備工藝技術領域，針對目前工藝方法對碳納米管在鋁基體界面的結合性方面存在的問題，通過碳納米管的預分散處理、碳納米管涂覆氧化鋁粉體的制備、碳納米管涂覆氧化鋁粉體與球形鋁粉的混合球磨、冷壓燒結、軋制一系列步驟，獲得了表面涂覆氧化鋁的碳納米管增強鋁基復合材料，本發明利用了氧化鋁高熔點、高強度、熱穩定性能好、化學惰性好等特點，將氧化鋁涂覆在鋁基體表面使材料獲得更具優異的綜合力學性能，室溫屈服強度大于320MPa，抗拉強度大于440MPa，延伸率大于20％，并且電導率提升顯著。

技術領域

本發明屬于復合材料制備工藝技術領域，具體涉及一種表面涂覆氧化鋁的碳納米管增強鋁基復合材料的制備方法。

背景技術

鋁合金由于比強度高、塑性好、抗腐蝕性能好，在汽車、船舶、航空航天等領域起著日益廣泛的作用，逐步取代傳統鋼制材料，同樣由于鋁具有很高的化學活潑性，在空氣中極易發生化學反應形成氧化膜，具有很強的抗應力腐蝕性。然而隨著時代的快速發展，上述領域對鋁合金材料的強度、硬度、耐腐蝕性、熱穩定性、韌性等綜合力學性能有更高的要求。

石墨六邊形結構通過網絡卷曲纏結而成的管狀體即為我們所熟知的碳納米管。碳納米管管口平面的法向方向尺寸為納米級，而垂直于管口平面的方向(沿軸線)為微米級，其兩端封口，因此稱之為碳納米管。由于其獨特結構，大量的優異性能被陸陸續續地發現并且投入生產應用。如高彈性、高耐熱性、高耐腐蝕性、導電導熱性強等，具有巨大的潛力。其模量可以與金剛石相媲美，強度甚至可達到鋼的近百倍，而密度卻遠遠小于后者。然而其突出的問題在于碳納米管與鋁基體表面的結合問題，由于其穩定的sp²結構，會發生聚團纏結且不易分散，在鋁基體表面的潤濕性不好；此外，分散到鋁基體內部的碳納米管結構也已發生破壞。上述情況進一步限制了其發展。

現在對于碳納米管增強材料的研究多集中在通過耗費能源運用在鋁合金粉體與碳納米管機械攪拌、球磨的方式來促使碳納米管在鋁基體內部的分散，然而此工藝方法對碳納米管在鋁基體界面的結合性卻不是很友好，如何更有效的將碳納米管和鋁合金粉體相結合是目前需要解決的技術問題。并且目前碳納米管的涂覆對復合材料性能作用效果的研究還尚有欠缺，因此需要一種新型的通過在碳納米管上涂覆材料來改善復合材料性能的工藝方法。

發明內容：

為解決上述研究背景存在的問題，本發明提出一種表面涂覆氧化鋁的碳納米管增強鋁基復合材料的新型制備方法。通過碳納米管的預分散處理、碳納米管涂覆氧化鋁粉體的制備、碳納米管涂覆氧化鋁粉體與球形鋁粉的混合球磨、冷壓燒結、軋制的方法，使其綜合力學性能得到提高。

本發明采用球形鋁粉作為原料利用了其良好的塑性，在發生球磨的時候變形至片狀，碳納米管的纏結被解開之后更容易嵌入到鋁基體內部從而更有利于碳納米管與鋁基體界面之間的結合，球形粉末變形過程中增大了的比表面積也有利于微納米結構的形狀匹配性，也更有利于合金化元素的均勻分散。

本發明涉及一種表面涂覆氧化鋁的碳納米管增強鋁基復合材料的制備方法，具體步驟如下：

1)將碳納米管放在濃硫酸和濃硝酸的混合溶液中進行酸化處置5h，然后加入去離子水稀釋至中性后進行離心處理，而后將酸化處理后的碳納米管烘干備用；混合溶液中濃硫酸與濃硝酸的體積配比為(1～4)：1，濃硫酸的質量分數是98％，濃硝酸的質量分數是68％；

2)將5g硝酸鋁、1g酸化處理后的碳納米管放入50mL無水乙醇和丙酮的混合溶液中進行超聲預分散處置，得到硝酸鋁以及碳納米管混合懸濁液；無水乙醇和丙酮混合溶液中二者的體積比為1：(1～5)；

3)將步驟2)得到的懸濁液放入水熱反應釜中進行水熱反應并放入反應爐中，先在120℃條件下保溫2h，再升溫至140℃保溫時間為10h，反應結束后風冷至室溫，而后用去離子水洗凈再烘干；