[發(fā)明專利]一種稀土氧化物包覆碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的方法

有效

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• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113355549B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉勇;李佳康;張斌
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;B22F9/04;B22F1/14;B22F1/142;B22F3/04;B22F3/10;B22F3/24;B22F3/20;C22C23/02;C22F1/06
• 代理公司: 深圳至誠化育知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44728
• 代理人: 劉英

本發(fā)明申請屬于金屬基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種稀土氧化物包覆碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的方法，包括材料配制、球磨混粉、干燥處理、制備柱狀坯錠、熱擠壓處理、熱處理。本方案主要應(yīng)用在通過稀土氧化物包覆碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料性能的過程中，解決了現(xiàn)有技術(shù)中在制備碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料時(shí)存在的碳納米管與鎂基體的界面結(jié)合力差，以及碳納米管在鎂基體中分散不均勻的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種新型稀土氧化物包覆碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)

本實(shí)用新型具體涉及一種應(yīng)用于叉車模擬器的變速器換向、換擋信息采集裝置。鎂合金作為實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，其密度約為鋁的 2/3，鐵的1/4，并且具有比強(qiáng)度和比剛度高，阻尼性能好，電磁屏蔽性能強(qiáng)，易于回收等優(yōu)點(diǎn)。隨著我國工業(yè)的高速發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域?qū)τ诓牧蠎?yīng)用提出了更高的要求，因此，鎂合金開始在汽車、航空航天、國防軍工等工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用日益廣泛，然而鎂合金強(qiáng)度較低、塑性和耐腐蝕性能較差的特點(diǎn)嚴(yán)重制約了鎂合金在結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。近年來研究表明，向鎂合金中加入增強(qiáng)體有利于改善鎂合金的強(qiáng)度以及塑性不足等問題，而碳納米管(Carbon nanotubes，CNTs)是導(dǎo)熱性能優(yōu)異，力學(xué)性能好的納米碳材料，是鎂基復(fù)合材料的理想增強(qiáng)體。

研究表明，使用碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料可以改善其延伸率和抗拉強(qiáng)度，然而，要制備力學(xué)性能優(yōu)異的碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料目前仍面臨兩個(gè)亟需解決的難題：一是如何實(shí)現(xiàn)碳納米管在鎂基體中均勻分布而不團(tuán)聚；二是如何改善碳納米管與鎂基體的界面結(jié)合力。發(fā)明專利 CN201210497721.9公開了一種碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，所述碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料通過攪拌鑄造的方法制備得到，但近年來研究表明，單使用攪拌鑄造得不到組織均勻的鎂基復(fù)合材料，并且碳納米管和鎂基體界面結(jié)合不良，不能很好地發(fā)揮增強(qiáng)體的作用；發(fā)明專利 201510010376.4公開了一種用包覆氧化鎂碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，所述材料為使用氧化鎂(MgO)作為碳納米管的界面修飾以增強(qiáng)碳納米管和鎂基體之間的界面結(jié)合，并使用冷壓燒結(jié)加熱擠壓變形處理得到最終的復(fù)合材料。該方法得到的鎂基復(fù)合材料組織較為均勻，且增強(qiáng)體和基體的界面結(jié)合良好。但是MgO作為界面修飾雖起到了增強(qiáng)界面結(jié)合的能力，其加入?yún)s會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料的塑性變差。針對上述難題，本方法引入三種稀土氧化物——氧化鈰(Ce2O3)、氧化鑭(La2O3)、氧化釔(Y2O3)包覆于CNTs用于構(gòu)建CNTs與鎂基體間的界面橋梁。通過計(jì)算，三種稀土氧化物與鎂的錯(cuò)配度分別為5.5％、4.7％、4.6％，與鎂基體形成了半共格界面，并通過實(shí)驗(yàn)證明，三種稀土氧化物的引入有效改善了CNTs與鎂基體的界面結(jié)合力和CNTs在鎂基體中的均勻性，從而提高了鎂基復(fù)合材料的強(qiáng)度和塑性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種新型稀土氧化物包覆碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中，在制備碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料時(shí)，存在碳納米管與鎂基體的界面結(jié)合力差，以及碳納米管在鎂基體中分散不均勻的問題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種新型稀土氧化物包覆碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的方法，包括以下步驟：

(1).材料配制：根據(jù)稀土氧化物包覆碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的成分確定出：Mg、Zn、Al、包覆有稀土氧化物的碳納米管和硬脂酸的質(zhì)量比例，然后將Mg、Zn、Al、包覆有稀土氧化物的碳納米管和硬脂酸根據(jù)以上比例混合并放入球磨罐中，同時(shí)加入分析純的無水乙醇后密封；

(2).球磨混粉:將步驟(1)中的球磨罐放在臥式行星球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，獲得混合粉末；

(3).干燥：對步驟(2)中獲得的混合粉末進(jìn)行干燥處理；

(4).制備柱狀坯錠：將步驟(3)中獲得的干燥混合粉末放入圓柱形模具中，用液壓機(jī)對模具施壓，制成初始冷壓柱塊，然后將初始冷壓柱塊放入電阻爐，通入氬氣進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)后隨爐冷卻至室溫，得到柱狀坯錠；