[發明專利]一種單壁碳納米管協同增強鋁基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110422446.3
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN113174518A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 徐文雷;劉愛軍;萬剛
• 申請（專利權）人: 蘇州阿羅米科技有限公司
• 主分類號: C22C21/08
• 分類號: C22C21/08;C22C1/05;C22C1/10;B22F3/14;C22C32/00
• 代理公司: 蘇州慧通知識產權代理事務所(普通合伙) 32239
• 代理人: 丁秀華

本發明提供一種單壁碳納米管協同增強鋁基復合材料，包括單壁碳納米管為0.05wt％～0.25wt％，協同增強相Al₃Sc為0.05wt％～0.7wt％，余量鋁基體為99.05wt％～99.9wt％；并通過單壁碳納米管、協同增強相和鋁基體原料在超聲波分散混合均勻進行混合，熱壓燒結得到高強塑性鋁基復合材料；該單壁碳納米管協同增強鋁基復合材料，制備過程產生少量的Al₄C₃也有增強鋁基體的作用，且鋁基體中添加第二相Al₃Sc固溶強化或者固溶鋁中彌散強化，本發明鋁基復合材料的抗拉強度為300MPa～440MPa，延伸率為10％～25％。

技術領域

本發明涉及鋁合金基復合材料技術領域，特別涉及一種單壁碳納米管協同增強鋁基復合材料，以及該復合材料的制備方法。

背景技術

型材6061鋁合金廣泛應用于裝飾、包裝、建筑、運輸、電子、航空、航天、兵器等各行各業。航空航天用鋁材用于制作飛機蒙皮、機身框架、大梁、旋翼、螺旋槳、油箱、壁板和起落架支柱，以及火箭鍛環、宇宙飛船壁板等。交通運輸用鋁材用于汽車、地鐵車輛、鐵路客車、高速客車的車體結構件材料，車門窗、貨架、汽車發動機零件、空調器、散熱器、車身板、輪轂及艦艇用材。在增強基復合材料技術領域，鋁合金基復合材料具有比強度和比模量高，熱膨脹系數低，高溫性能好的特點，且兼具有良好的耐疲勞性和耐磨性；同時鋁合金基復合材料基體選擇范圍廣、材料加工工藝成熟，具有優良的塑性成形性能，同時可熱處理性能好，易于加工制備。通過對鋁合金基復合材料基體和增強相成分、含量、分布的優化設計，可以組合出特定的力學性能和物理性能，以滿足不同產品性能的需求。

該6061屬于Al-Si-Mg系合金，是一種可以進行熱處理強化的中高強度鋁合金，具有輕質高強、耐腐蝕性能好的特點，同時兼具較好的韌性和良好的焊接性能及機械加工性能。該合金中加入微量的元素，可促進晶粒細化，提高再結晶溫度250℃～280℃，是鋁合金強有力的晶粒細化劑和有效的再結晶抑制劑，對合金的結構和性能產生明顯的影響，使其強度、硬度、焊接性能、耐腐蝕性能等得到很大提高。其彌散強化作用，在熱加工或退火處理狀態均保持穩定的非再結晶組織，其中一些合金是經變形很大的冷軋薄板，即使在退火后仍保持這種結構。但是，采用單壁碳納米管增強該鋁基復合材料商業產品少，且其制備工藝復雜，綜合性能難以控制。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種單壁碳納米管協同增強鋁基復合材料，其單壁碳納米管和Al₃Sc作為協同增強相對6061鋁基材料起增強作用，該復合材料通過熱壓燒結的制備方法，從而形成單壁碳納米管協同增強鋁基復合材料；該方法為制備高性能鋁基復合材料提供了一種性能穩定，工藝可控，可實現工業化的新方法和新思路。

為了實現上述目的，本發明提供一種單壁碳納米管協同增強鋁基復合材料，包括單壁碳納米管為0.05wt％～0.25wt％，協同增強相Al₃Sc為0.05wt％～0.7wt％，余量鋁基體為99.05wt％～99.9wt％；其中，所述鋁基體為6061鋁合金，所述6061鋁合金為預合金粉。

所述預合金粉6061鋁合金組分為：Si：0.4～0.8wt％；Zn：≤0.25wt％；Cu：0.15～0.4wt％；Mg：0.8～1.2wt％；Mn：≤0.15wt％；余量為Al。

為了實現上述目的，本發明還提供制備該單壁碳納米管協同增強鋁基復合材料的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

S1原料混合，分別稱取單壁碳納米管為0.05wt％～0.25wt％，協同增強相Al₃Sc為0.05wt％～0.7wt％，余量鋁基體為99.05wt％～99.9wt％為原料；將稱取的單壁碳納米管、協同增強相和鋁基體原料在超聲波分散混合均勻，得到混合粉末；

S2熱壓燒結，將步驟S1混合均勻的粉末進行真空熱壓燒結，得到6061鋁合金的鋁基復合材料胚體。