[發明專利]一種納米ND-Cu/Al復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010440683.8
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111593219A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 湯宏群;閆瑋;張鳳林;周嘉昶;李倩;康鶴譯;馬銘辰;闕凡超;王永海;歐興成
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C21/12;C22C26/00;B22F1/02;B22F9/24;B22F3/14
• 代理公司: 南寧啟創知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 45122
• 代理人: 謝美萱

本發明公開一種納米ND?Cu/Al復合材料及其制備方法，屬于鋁基合金材料技術領域，將強酸處理后的納米金剛石的納米特性作為非均勻形核晶核，通過液相還原法制備了納米金剛石?銅(ND?Cu)復合物。利用ND?Cu復合物顯著增強了納米金剛石顆粒與Al基體的界面粘結，得到產物鋁基復合材料ND?Cu/Al。復合材料ND?Cu/Al的耐磨、抗壓等綜合性能優異，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于鋁基合金材料技術領域，尤其是涉及一種納米ND-Cu/Al復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著時代的進步，單一的金屬材料已經很難滿足實際應用的需求，所以綜合性能更高的金屬基復合材料應運而生，并發展迅猛。隨著輕量化改革，新型輕量化材料在汽車和航空航天工業的應用極其重要。鋁基復合材料是由鋁合金和增強相材料經過特殊的制備工藝結合而形成的新型復合材料，其具有密度小、高的比強度和比模量、韌性和抗沖擊性高、熱膨脹系數低、良好的耐磨性和尺寸穩定性等優良的物理性能和機械性能，廣泛應用于電子、汽車、高鐵、航空航天、船舶、軍工等高端領域。

按照增強相的種類，可以將鋁基復合材料分為顆粒增強鋁基復合材料(PAMCs)、晶須增強鋁基復合材料(SFAMCs)和纖維增強鋁基復合材料(CFAMCs)。相較于纖維和晶須增強鋁基復合材料，顆粒增強鋁基復合材料的制備工藝多樣且簡便，微觀結構均勻，性能穩定，成本較低，可進行軋制、擠壓鍛造等二次加工和大規模的工業上應用，使得顆粒增強鋁基復合材料成為最有發展前途，實現規模化生產的新材料之一。

金剛石是目前已知的硬度最高的物質，硬度約為90GPa；金剛石結構穩定，也是最耐磨材料，比陶瓷材料要耐磨數十倍；使得金剛石是制備鋁基復合材料的理想增強相材料。納米金剛石(ND)兼具了納米材料和金剛石的雙重特性。已公開文獻中報道，鋁添加劑對鍍鈦金剛石-銅復合材料熱學性能的影響，是利用了微米級金剛石，提高了材料熱導率性能。

目前大多數國內外研究工作者集中在微米金剛石增強鋁基復合材料，而對于控制納米金剛石表面改性效果及其增強鋁基復合材料的報道很少。這是因為納米級金剛石的的特性小尺寸效應和表面和界面效應，使納米金剛石非常容易聚集，納米金剛石的嚴重團聚和表面上更多的無定形碳結構的存在將影響它們的性能發揮；且納米金剛石與Al基的潤濕性差，潤濕角為130°，二者幾乎不潤濕，使得其二者界面結合性差。

公布號為CN106191540A的中國發明專利申請公開了一種汽車電子封裝用納米金剛石硅復合增強鋁鎂合金及其制備方法，公開了原料鎂、銅、鈦、納米金剛石-硅溶膠、造孔劑、乙醇、鋁，其中使用了50-60％含量的納米金剛石-硅溶膠，納米材料用量較大、成本高，同時也降低了材料強度。

因此，現階段需研究一種能夠解決納米金剛石的解聚和潤濕性是該材料的開發和應用中必須面對的問題。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種納米ND-Cu/Al復合材料及其制備方法，所得的ND-Cu/Al復合材料的耐磨、抗壓等綜合性能優異，具有良好的應用前景。

為實現上述目的提供如下方案：

一種納米ND-Cu/Al復合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將納米金剛石放入王水中，于水浴條件下超聲震蕩處理1.5～2h，處理結束后再水洗到溶液呈中性，將所得的沉淀放入干燥箱內干燥，得到預處理納米金剛石，待用；

(2)稱取銅鹽粉末，配制濃度為0.008～0.01mol/L的銅鹽水溶液，再在所述銅鹽水溶液中加入預處理納米金剛石，并加入分散劑，利用超聲分散制備得到懸浮液；

(3)向懸浮液中加入還原劑，水浴加熱并攪拌均勻，反應時間為25～30min；等反應停止后，等其自然冷卻后離心分離，所得產物待用；