[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)韌性單壁碳納米管鋁合金基復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010633717.5
• 申請(qǐng)日: 2020-07-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111778431B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐文雷;劉愛(ài)軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州阿羅米科技有限公司
• 主分類號(hào): C22C21/08
• 分類號(hào): C22C21/08;B22F1/12;B22F3/14;B22F3/18;B22F3/24;C22C1/05
• 代理公司: 蘇州慧通知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32239
• 代理人: 丁秀華

一種高強(qiáng)韌性單壁碳納米管鋁合金基復(fù)合材料，其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：?jiǎn)伪谔技{米管0.1％～0.5％，鋁合金基體99.5％～99.9％；其鋁合金基體預(yù)合金粉末為6系或7系變形鋁合金，平均粒度為1微米～30微米；本發(fā)明還提該復(fù)合材料的制備方法，主要步驟為S1原料稱取，S2原料混合，S3熱壓燒結(jié)，其燒結(jié)溫度為450℃～520℃，燒結(jié)壓力為5MPa～20MPa；S4熱軋加工，熱軋溫度為350℃～450℃，熱軋變形量為20％～80％；該復(fù)合材料在粉末燒結(jié)過(guò)程中，單壁碳納米管在鋁合金基體中通過(guò)擴(kuò)散再結(jié)晶過(guò)程而進(jìn)一步均勻分布，充分提高了強(qiáng)度；而經(jīng)過(guò)熱軋實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的致密化，進(jìn)一步提高該復(fù)合材料的強(qiáng)度和塑性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋁合金基復(fù)合材料加工的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高強(qiáng)韌性單壁碳納米管鋁合金基復(fù)合材料，以及該復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

在增強(qiáng)基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，其鋁合金基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度和比模量高，熱膨脹系數(shù)低，高溫性能好的特點(diǎn)，且兼具有良好的耐疲勞性和耐磨性；同時(shí)鋁合金基復(fù)合材料基體選擇范圍廣、材料加工工藝成熟，具有優(yōu)良的塑性成形性能，同時(shí)可熱處理性能好，易于加工制備。已成為航空、航天及其他尖端技術(shù)部門(mén)研究發(fā)展的高性能材料的一個(gè)重要方向，也是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外新材料研究的熱點(diǎn)之一。通過(guò)對(duì)鋁合金基復(fù)合材料基體和增強(qiáng)相成分、含量、分布的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以組合出特定的力學(xué)性能和物理性能，以滿足不同產(chǎn)品性能的需求。因此，開(kāi)發(fā)具有優(yōu)質(zhì)性能的鋁合金基復(fù)合材料具有十分緊迫的現(xiàn)實(shí)意義，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

其中，單壁碳納米管擁有卓越的物理性能、納米級(jí)尺寸和化學(xué)特性，在提高材料強(qiáng)度的同時(shí)，增強(qiáng)了材料的導(dǎo)電性能。與傳統(tǒng)添加劑，如多壁碳納米管、碳纖維和大多數(shù)類型的炭黑相比，添加少量的單壁碳納米管，即可顯著改善材料性能。故而，發(fā)明一種性能更好、生產(chǎn)效率更高的復(fù)合材料及其制備方法，是進(jìn)一步擴(kuò)展單壁碳納米管制備鋁合金基復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵。

中國(guó)專利CN109536780A提供一種碳納米管增強(qiáng)鋅鋁合金基復(fù)合材料的制備方法，主要分為三個(gè)步驟：一、制備CNTs-Zn(碳納米管-鋅基)復(fù)合粉末；二、制備CNTs-Zn中間材料；三、熔煉。最終得到碳納米管增強(qiáng)鋅鋁合金基復(fù)合材料。目前，采用粉末冶金制備單壁碳納米管增強(qiáng)鋁合金基復(fù)合材料還未見(jiàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及商業(yè)應(yīng)用牌號(hào)。特別是單壁碳納米管復(fù)合不同粗細(xì)晶粒的鋁合金基復(fù)合材料商業(yè)性產(chǎn)品更少。因此，發(fā)明一種高強(qiáng)韌性單壁碳納米管鋁合金基復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種高強(qiáng)韌性單壁碳納米管鋁合金基復(fù)合材料，其單壁碳納米管作為增強(qiáng)相，使鋁合金基體中兩種尺度的材料復(fù)合，在有效改善了鋁合金基體的韌性的同時(shí)，還大大提高了鋁合金基體的強(qiáng)度，從而形成高強(qiáng)韌性單壁碳納米管鋁合金基復(fù)合材料。同時(shí)，本發(fā)明還提供了制備該高強(qiáng)韌性單壁碳納米管鋁合金基復(fù)合材料的制備方法，該復(fù)合材料在粉末燒結(jié)過(guò)程中，單壁碳納米管在鋁合金基體中通過(guò)擴(kuò)散再結(jié)晶過(guò)程而進(jìn)一步均勻分布，充分提高了復(fù)合材料的強(qiáng)度；其鋁合金基體中粗顆粒的鋁合金晶粒和細(xì)顆粒的鋁合金晶粒交錯(cuò)復(fù)合，有助于提高基體的韌性。再經(jīng)過(guò)熱軋進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的致密化，更進(jìn)一步提高該復(fù)合材料的強(qiáng)度和塑性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)韌性單壁碳納米管鋁合金基復(fù)合材料，其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：

單壁碳納米管：0.1％～0.5％；

鋁合金基體：99.5％～99.9％；

其中，所述鋁合金基體為預(yù)合金粉末；所述鋁合金基體為6系變形鋁合金或7系變形鋁合金的一種或兩種的混合物，所述混合物比例為0～1.2；所述6系變形鋁合金或7系變形鋁合金的預(yù)合金粉末平均粒度大小相同或不相同與所述單壁碳納米管復(fù)合。

進(jìn)一步地，所述6系變形鋁合金組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：

Si：0.4％～0.8％；

Zn：≤0.25％；

Cu：0.15％～0.4％；