專利名稱：擠壓鑄造法制備碳納米管增強鋁合金復合材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種碳納米管增強金屬基復合材料的制備方法。
背景技術：
根據納米增強體與基體金屬在復合過程中的結合方式，碳納米管增強鋁合金復合 材料的制備方法有攪拌鑄造法、粉末冶金、高能球磨等，其中攪拌鑄造法是將液態鋁合金與 碳納米管粉末攪拌混合，然后讓整個混合體凝固，這一方法的制作工藝簡單，生產成本低， 但是該方法要求顆粒直徑需大于10微米，體積需要小于25%，且顆粒在熔體中易產生比 重偏析，導致凝固時形成枝晶偏析，造成顆粒不均勻分布，該方法中存在的偏聚、成團和易 巻入的氣體夾雜，極大的影響了復合材料的使用；粉末冶金法是先將碳納米管和鋁合金粉 末混合均勻，讓經壓制、燒結及后續處理等工序制成產品，該方法是在低于基體熔點的溫度 下進行燒結，界面反應減弱，增強體粒度和體積比可以大范圍調整，燒結后可經過進一步的 擠、鍛或熱等靜壓處理提高致密化和復合材料性能，然而這種方法中碳納米管在復合材料 中分布不均勻、容易引入基體金屬表面的雜質、碳納米管與金屬基體的界面結合強度不高 以及復合材料孔隙率較大等缺陷；高能球磨法是利用球磨機的轉動或振動，使研磨介質對 原料進行強烈的撞擊、研磨和攪拌，將其粉碎為納米級微粒的方法，采用高能球磨法，適當 控制球磨條件可以制備出純元素、合金或納米復合粉末，如再采用熱擠壓、熱等靜壓等技術 加壓可制成各種塊體納米材料制品，該方法制作成本低、產量高、工藝簡單易行等特點，并 能制備出常規方法難以獲得的高熔點金屬或合金的納米微粒及納米復合材料，但是該方法 制作得到的復合材料中的碳納米管分布不均勻，使得復合材料的組織致密性和界面結合性 差，極大的限制了復合材料的使用。
發明內容
本發明是為了解決現有方法制備得到的碳納米管增強鋁合金復合材料中的碳納 米管分布不均勻，且碳納米管與金屬基體界面結合性差的問題，而提供了擠壓鑄造法制備 碳納米管增強鋁合金復合材料。 本發明擠壓鑄造法制備碳納米管增強鋁合金復合材料按照以下步驟進行一、碳 納米管和質量濃度為65% 69%的硝酸按照0.8 1.2 : 100的重量比混合，在100 12(TC條件下回流5 10小時，然后用孔徑為0. 45微米的微孔濾膜進行負壓過濾，同時通 入蒸餾水直到過濾出的溶液PH值為6. 0 7. O，然后用蒸餾水將微孔濾膜上的碳納米管沖 洗下來得到碳納米管水溶液，而后再向碳納米管水溶液中加入濃度為18 22mg/mL的十二 烷基璜酸鈉溶液得到混合溶液，其中碳納米管與十二烷基璜酸鈉溶液的重量比為0. 1
o. 3 : i; 二、步驟二的混合溶液在頻率為40 50KHz的條件下超聲4 6min，然后再攪拌 8 12min j 三、重復步驟二的操作3 5次即實現了碳納米管的分散；
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四、將粒度為30 38微米的三聚氰氨粉末和硅膠粘結劑加入到分散后的碳納米 管中，攪拌10 20分鐘后在頻率為35 45KHz的條件下超聲30 60min，然后在80 IO(TC條件下攪拌10 30分鐘后放入預制塊壓制模具中，在室溫下靜置12 24小時后在 壓力為2 5MPa的條件下保壓60 120分鐘，再在90 95。C條件保溫5 10小時，然后 再將溫度升至120 15(TC，保溫5 10小時，隨爐冷卻后即得到烘干的預制塊，其中三聚 氰氨粉末與分散后的碳納米管的重量比為l : 0.2 0.5，硅膠粘結劑與分散后的碳納米管 的重量比為1 : 2 4 ; 五、將步驟四中烘干后的預制塊完全浸泡到濃度為0. 04 0. 06g/mL的氟鋯酸鉀 溶液中1 2分鐘后從溶液中取出，在90 95t:條件保溫5 10小時，然后再將溫度升至 120 15(TC，保溫5 10小時，隨爐冷卻后在真空爐中進行梯度燒結，先將溫度以l(TC / min升溫到20(TC后保溫燒結10 20分鐘，再以l(TC /min升溫到40(TC后保溫燒結1 2小時，然后以10°C /min升溫到60(TC后保溫燒結1 2小時，最后以l(TC /min升溫到 80(TC后保溫燒結2 3小時，在以l(TC /min降溫到室溫后即得到燒結后的預制塊；
六、燒結后的預制塊放入耐熱鋼模具中，預制塊和模具間的縫隙采用純鋁粉填 充平整，然后在預制塊表面撒上2 4毫米厚的粒度200目的氧化鋁粉，將耐熱鋼模具 在550 60(TC條件下保溫10 15分鐘，然后將在850 880。C條件下保溫20 40分 鐘后的液態鋁合金澆鑄到預制塊模具中，其中燒結后的預制塊與液態鋁合金的重量比為 1 : 12. 8 32，然后采用二級加壓方法進行加壓，一級壓力為4 6MPa，保壓時間為10 20秒，二級壓力為90 llOMPa，保壓時間為3 6分鐘后液態金屬凝固，即得到碳納米管 增強鋁合金復合材料。 本發明的方法采用擠壓鑄造法制備碳納米管增強鋁合金復合材料，首先將將碳納 米管制備成預制塊，在預制塊中以三聚氰氨粉末為填充材料，可減小碳納米管在預制塊中 的體積分數，增大預制塊中碳納米管之間的孔隙尺寸，又在預制塊中加入了硅膠粘結劑，可 有效的增強預制塊的強度，本發明在制作預制塊時還加入了氟鋯酸鉀，氟鋯酸鉀加入后，在 浸滲過程中與金屬發生放熱反應，可以消除浸滲前沿金屬的氧化膜、提高浸滲前沿金屬溫 度、提高液態金屬與碳納米管的潤濕性，從而有利于擠壓鑄造過程的實現，同時，在制作預 制塊的燒結過程中，三聚氰氨從預制塊中除去的同時，碳納米管沒有發生氧化現象，預制塊 燒結后預制塊也沒有出現任何內縮變形，步驟五中最終得到的預制塊中碳納米管體積分數 介于10 20%之間，且通過預制塊內部碳納米管的分布形態圖，可以看出預制塊中碳納米 管分布均勻，沒有發現碳納米管聚集堆積；本發明方法在步驟六中將液態鋁合金在壓力作 用下浸滲到預制塊的孔隙中，隨后液態金屬在壓力作用下凝固，從而得到了碳納米管增強 鋁合金復合材料；通過電鏡圖可以看出，本發明方法制作得到的復合材料的晶粒細小、孔隙 率低，碳納米管在復合材料中的分布均勻，本發明方法制作得到的復合材料的碳納米管與 金屬基體界面結合性好
圖1為具體實施方式
十九步驟五中的三聚氰氨的熱失重曲線圖；圖2為具體實施
方式十九步驟五中最終得到的預制塊的內部分布形態電鏡圖；圖具體實施方式
十九制作 得到的碳納米管增強鋁合金復合材料中碳納米管在晶粒內部形貌電鏡圖；圖具體實施方式
十九制作得到的碳納米管增強鋁合金復合材料在亞晶界區域的形貌電鏡圖。
具體實施例方式
本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的 任意組合。
具體實施方式
一本實施方式擠壓鑄造法制備碳納米管增強鋁合金復合材料按照 以下步驟進行 —、碳納米管和質量濃度為65% 69%的硝酸按照0.8 1.2 : 100的重量比混 合，在100 12(TC條件下回流5 10小時，然后用孔徑為0. 45微米的微孔濾膜進行負壓過 濾，同時通入蒸餾水直到過濾出的溶液pH值為6. 0 7. O，然后用蒸餾水將微孔濾膜上的碳 納米管沖洗下來得到碳納米管水溶液，而后再向碳納米管水溶液中加入濃度為18 22mg/ mL的十二烷基璜酸鈉溶液得到混合溶液，其中碳納米管與十二烷基璜酸鈉溶液的重量比為
o. i o. 3 : i; 二、步驟二的混合溶液在頻率為40 50KHz的條件下超聲4 6min，然后再攪拌 8 12min j 三、重復步驟二的操作3 5次即實現了碳納米管的分散； 四、將粒度為30 38微米的三聚氰氨粉末和硅膠粘結劑加入到分散后的碳納米 管中，攪拌10 20分鐘后在頻率為35 45KHz的條件下超聲30 60min，然后在80 IO(TC條件下攪拌10 30分鐘后放入預制塊壓制模具中，在室溫下靜置12 24小時后在 壓力為2 5MPa的條件下保壓60 120分鐘，再在90 95。C條件保溫5 10小時，然后 再將溫度升至120 15(TC，保溫5 10小時，隨爐冷卻后即得到烘干的預制塊，其中三聚 氰氨粉末與分散后的碳納米管的重量比為l : 0.2 0.5，硅膠粘結劑與分散后的碳納米管 的重量比為1 : 2 4 ; 五、將步驟四中烘干后的預制塊完全浸泡到濃度為0. 04 0. 06g/mL的氟鋯酸鉀 溶液中1 2分鐘后從溶液中取出，在90 95t:條件保溫5 10小時，然后再將溫度升至 120 15(TC，保溫5 10小時，隨爐冷卻后在真空爐中進行梯度燒結，先將溫度以l(TC / min升溫到20(TC后保溫燒結10 20分鐘，再以l(TC /min升溫到40(TC后保溫燒結1 2小時，然后以10°C /min升溫到60(TC后保溫燒結1 2小時，最后以l(TC /min升溫到 80(TC后保溫燒結2 3小時，在以l(TC /min降溫到室溫后即得到燒結后的預制塊；
六、燒結后的預制塊放入耐熱鋼模具中，預制塊和模具間的縫隙采用純鋁粉填 充平整，然后在預制塊表面撒上2 4毫米厚的粒度200目的氧化鋁粉，將耐熱鋼模具 在550 60(TC條件下保溫10 15分鐘，然后將在850 880。C條件下保溫20 40分 鐘后的液態鋁合金澆鑄到預制塊模具中，其中燒結后的預制塊與液態鋁合金的重量比為 1 : 12. 8 32，然后采用二級加壓方法進行加壓，一級壓力為4 6MPa，保壓時間為10 20秒，二級壓力為90 llOMPa，保壓時間為3 6分鐘后液態金屬凝固，即得到碳納米管 增強鋁合金復合材料。 本實施方式步驟一的碳納米管水溶液中蒸餾水與碳納米管的重量比為 100 : 0. 8 1. 2。 本實施方式步驟三中硅膠粘結劑由聚乙烯醇、硅膠、丙三醇和蒸餾水按照1:1:1: 15的質量比組成；硅膠粘結劑的配制方法為先將蒸餾水加熱至so 90°c， 然后加入聚乙烯醇攪拌至完全溶解，再加入丙三醇攪拌均勻，最后加入硅溶膠，攪拌均勻后 冷卻即得到硅膠粘結劑。 本實施方式步驟四中30 38微米的三聚氰氨粉末的制作方法采用陶瓷研磨器 對化學純三聚氰氨進行手工研磨，然后利用400 460目的金屬篩過篩，即得到30 38微 米的三聚氰氨粉末。 本實施方式步驟四中三聚氰氨的熱失重分為三個階段在285t:開始迅速分解揮 發，至393. 7t:左右失重了總量的60%左右，從393. 7t:至61. 7。C這一階段失重速率減慢， 461. 7。C直至接近700°C ，三聚氰胺基本耗盡。 本實施方式步驟四中在80 IO(TC條件下攪拌是為了大部分水分蒸發出去，形成 糊狀物。 本實施方式步驟四中在室溫下靜置12 24小時是為了過濾掉多余的水分，并使 糊狀物上表面基本干燥。 本實施方式步驟五中預制塊中氟鋯酸鉀體積含量為1. 9 2. 1%，氟鋯酸鉀加入
后，在浸滲過程中與金屬發生放熱反應，可以消除浸滲前沿金屬的氧化膜、提高浸滲前沿金
屬溫度、提高液態金屬與碳納米管的潤濕性，從而有利于擠壓鑄造過程的實現。 本實施方式步驟五中的燒結過程中，三聚氰氨從預制塊中分解揮發出去，碳納米
管沒有發生氧化，預制塊燒結后沒有出現任何內縮變形，而沒有添加三聚氰氨的預制塊，在
燒結后會發生內陷收縮，造成形狀改變，因此加入三聚氰氨對制備形狀外形完整的預制塊
起到了良好的效果，最終得到的預制塊中碳納米管體積分數介于10 20%之間。 本實施方式步驟六中撒上氧化鋁粉是為了防止碳納米管在隨后加熱過程中的氧化。 通過電鏡圖可以看出，本實施方式制作得到的復合材料的晶粒細小，碳納米管在 復合材料中的分布均勻，本實施方式制作得到的復合材料的碳納米管與金屬基體界面結合 性好。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中碳納米管和 質量濃度為67%的硝酸按照1 : 100的重量比混合。其它步驟及參數與具體實施方式
一相 同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一至二不同的是步驟一中在 11(TC條件下回流8小時。其它步驟及參數與具體實施方式
一至二相同。 具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三不同的是步驟一中蒸餾水
與碳納米管的重量比為l : 100。其它步驟及參數與具體實施方式
一至三相同。 具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四不同的是步驟一中碳納米
管與十二烷基璜酸鈉溶液的重量比為0.2 : 1。其它步驟及參數與具體實施方式
一至四相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五不同的是步驟二中混合溶 液在頻率為45KHz的條件下超聲5min，然后再攪拌10min。其它步驟及參數與具體實施方 式一至五相同。 具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六不同的是步驟三中重復步驟二的操作4次。其它步驟及參數與具體實施方式
一至六相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至七不同的是步驟四中攪拌15 分鐘后在頻率為40KHz的條件下超聲45min。其它步驟及參數與具體實施方式
一至七相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至八不同的是步驟四中在90°C 條件下攪拌20分鐘。其它步驟及參數與具體實施方式
一至八相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一至九不同的是步驟四中在室溫 下靜置16小時后在壓力為2 5MPa的條件下保壓90分鐘。其它步驟及參數與具體實施 方式一至九相同。
具體實施方式
i^一 本實施方式與具體實施方式
一至十不同的是步驟四中在 92t:條件保溫8小時，然后再將溫度升至135t:，保溫7小時。其它步驟及參數與具體實施 方式一至十相同。
具體實施方式
十二 本實施方式與具體實施方式
一至i^一不同的是步驟四中三 聚氰氨粉末與分散后的碳納米管的重量比為1 : 0.35，硅膠粘結劑與分散后的碳納米管的
重量比為i : 3。其它步驟及參數與具體實施方式
一至十一相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
一至十二不同的是步驟五中預 制塊完全浸泡到濃度為0. 05g/mL的氟鋯酸鉀溶液中1. 5分鐘。其它步驟及參數與具體實 施方式一至十二相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
一至十三不同的是步驟五中在 92t:條件保溫7小時。其它步驟及參數與具體實施方式
一至十三相同。 具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
一至十四不同的是步驟五中將
溫度升至135t:，保溫8小時。其它步驟及參數與具體實施方式
一至十四相同。 具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
一至十五不同的是步驟六中步
驟六中預制塊在58(TC條件下保溫12分鐘，液態鋁合金在87(TC條件下保溫30分鐘。其它 步驟及參數與具體實施方式
一至十五相同。
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
一至十六不同的是步驟六中燒 結后的預制塊與液態鋁合金的重量比為l : 25。其它步驟及參數與具體實施方式
一至十六 相同。
具體實施方式
十八本實施方式與具體實施方式
一至十七不同的是步驟六中一 級壓力為5MPa，保壓時間為15秒，二級壓力為lOOMPa，保壓時間為5分鐘。其它步驟及參 數與具體實施方式
一至十七相同。
具體實施方式
十九本實施方式擠壓鑄造法制備碳納米管增強鋁合金復合材料按 照以下步驟進行 —、碳納米管和質量濃度為67%的硝酸按照1 : 100的重量比混合，在11(TC條件 下回流6小時，然后用孔徑為0. 45微米的微孔濾膜進行負壓過濾，同時通入蒸餾水直到過 濾出的溶液pH值為6. 5，然后用蒸餾水將微孔濾膜上的碳納米管沖洗下來得到碳納米管水 溶液，而后再向碳納米管水溶液中加入濃度為20mg/mL的十二烷基璜酸鈉溶液得到混合溶 液，其中碳納米管與十二烷基璜酸鈉溶液的重量比為0.2 : 1; 二、步驟二的混合溶液在頻率為45KHz的條件下超聲5min，然后再攪拌10min ;
三、重復步驟二的操作4次即實現了碳納米管的分散；
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四、將粒度為30 38微米的三聚氰氨粉末和硅膠粘結劑加入到分散后的碳納米 管中，攪拌15分鐘后在頻率為40KHz的條件下超聲45min，然后在9(TC條件下攪拌20分鐘 后放入預制塊壓制模具中，在室溫下靜置16小時后在壓力為4MPa的條件下保壓90分鐘， 再在92t:條件保溫7小時，然后再將溫度升至13(TC，保溫7小時，隨爐冷卻后即得到烘干 的預制塊，其中三聚氰氨粉末與分散后的碳納米管的重量比為l : 0.35，硅膠粘結劑與分 散后的碳納米管的重量比為1:3; 五、將步驟四中烘干后的預制塊完全浸泡到濃度為0. 05g/mL的氟鋯酸鉀溶液中 1. 5分鐘后從溶液中取出，在93t:條件保溫8小時，然后再將溫度升至135t:，保溫8小時， 隨爐冷卻后在真空爐中進行梯度燒結，先將溫度以l(TC /min升溫到20(TC后保溫燒結15 分鐘，再以l(TC /min升溫到40(TC后保溫燒結1. 5小時，然后以l(TC /min升溫到60(TC后 保溫燒結1. 5小時，最后以l(TC /min升溫到80(TC后保溫燒結2. 5小時，在以10°C /min降 溫到室溫后即得到燒結后的預制塊； 六、燒結后的預制塊放入耐熱鋼模具中，預制塊和模具間的縫隙采用純鋁粉填充 平整，然后在預制塊表面撒上3毫米厚的粒度200目的氧化鋁粉，將耐熱鋼模具在57(TC條 件下保溫12分鐘，然后將在87(TC條件下保溫30分鐘后的液態鋁合金澆鑄到預制塊模具 中，其中燒結后的預制塊與液態鋁合金的重量比為1 : 20，然后采用二級加壓方法進行加 壓，一級壓力為5MPa，保壓時間為15秒，二級壓力為lOOMPa，保壓時間為5分鐘后液態金屬 凝固，即得到碳納米管增強鋁合金復合材料。 本實施方式步驟一的碳納米管水溶液中蒸餾水與碳納米管的重量比為100 : 1。
本實施方式步驟一中除使用十二烷基璜酸鈉溶液外還可以使用十二烷基苯璜酸 鈉溶液。 本實施方式步驟三中硅膠粘結劑由聚乙烯醇、硅膠、丙三醇和蒸餾水按照
i:i:i: 15的質量比組成；硅膠粘結劑的配制方法為先將蒸餾水加熱至80 90°c，
然后加入聚乙烯醇攪拌至完全溶解，在加入丙三醇攪拌均勻，最后加入硅溶膠，攪拌均勻后 冷卻即得到硅膠粘結劑。 本實施方式步驟四中30 38微米的三聚氰氨粉末的制作方法采用陶瓷研磨器 對化學純三聚氰氨進行手工研磨，然后利用400 460目的金屬篩過篩，即得到30 38微 米的三聚氰氨粉末。 本實施方式步驟四中三聚氰氨的熱失重分為三個階段在285t:開始迅速分解揮 發，至393. 7t:左右失重了總量的60%左右，從393. 7t:至61. 7。C這一階段失重速率減慢， 461.7t:直至接近70(TC，三聚氰胺基本耗盡，熱失重曲線如圖l所示。 本實施方式步驟四中在9(TC條件下攪拌是為了大部分水分蒸發出去，形成糊狀 物。 本實施方式步驟四中在室溫下靜置16小時是為了過濾掉多余的水分，并使糊狀 物上表面基本干燥。 本實施方式步驟五中預制塊中氟鋯酸鉀體積含量為2%，氟鋯酸鉀加入后，在浸滲 過程中與金屬發生放熱反應，可以消除浸滲前沿金屬的氧化膜、提高浸滲前沿金屬溫度、提 高液態金屬與碳納米管的潤濕性，從而有利于擠壓鑄造過程的實現。 本實施方式步驟五中的燒結過程中，三聚氰氨從預制塊中分解揮發出去，碳納米管沒有發生氧化，預制塊燒結后沒有出現任何內縮變形，而沒有添加三聚氰氨的預制塊，在
燒結后會發生內陷收縮，造成形狀改變，因此加入三聚氰氨對制備形狀外形完整的預制塊
起到了良好的效果，最終得到的預制塊中碳納米管體積分數介于10 20%之間。 本實施方式步驟六中撒上氧化鋁粉是為了防止碳納米管在隨后加熱過程中的氧化。 圖2為本實施方式步驟五最終得到的預制塊的內部分布形態電鏡圖，從圖中可以
看出預制塊內部的碳納米管分布均勻，沒有發現碳納米管聚集堆積，碳納米管在復合材料
中的分布均勻，本實施方式制作得到的復合材料中碳納米管分布均勻性和界面結合性好，
本實施方式制作得到的復合材料的碳納米管與金屬基體界面結合性好。 圖3為本實施方式制作得到的碳納米管增強鋁合金復合材料中碳納米管在晶粒
內部形貌電鏡圖，圖中為被基體包覆的單根碳納米管，從圖中可以看出在碳納米管的尖端
和周圍沒有發現位錯。 圖4為本實施方式制作得到的碳納米管增強鋁合金復合材料在亞晶界區域的形貌電鏡圖，從圖中可以看出納米管的分布取向各異，同時亞晶界在納米管較為富集的地方出現，亞晶界明顯地彎曲，不再形成平直的亞晶界，是因為碳納米管的存在提供了過冷中心，圍繞碳納米管形成一個溫度的梯度場，有利于鋁在碳納米管附近凝固，造成晶界的彎曲，晶粒細小、孔隙率低。
權利要求
擠壓鑄造法制備碳納米管增強鋁合金復合材料，其特征在于擠壓鑄造法制備碳納米管增強鋁合金復合材料按照以下步驟進行一、碳納米管和質量濃度為65％～69％的硝酸按照0.8～1.2∶100的重量比混合，在100～120℃條件下回流5～10小時，然后用孔徑為0.45微米的微孔濾膜進行負壓過濾，同時通入蒸餾水直到過濾出的溶液pH值為6.0～7.0，然后用蒸餾水將微孔濾膜上的碳納米管沖洗下來得到碳納米管水溶液，而后再向碳納米管水溶液中加入濃度為18～22mg/mL的十二烷基璜酸鈉溶液得到混合溶液，其中碳納米管與十二烷基璜酸鈉溶液的重量比為0.1～0.3∶1；二、步驟二的混合溶液在頻率為40～50KHz的條件下超聲4～6min，然后再攪拌8～12min；三、重復步驟二的操作3～5次即實現了碳納米管的分散；四、將粒度為30～38微米的三聚氰氨粉末和硅膠粘結劑加入到分散后的碳納米管中，攪拌10～20分鐘后在頻率為35～45KHz的條件下超聲30～60min，然后在80～100℃條件下攪拌10～30分鐘后放入預制塊壓制模具中，在室溫下靜置12～24小時后在壓力為2～5MPa的條件下保壓60～120分鐘，再在90～95℃條件保溫5～10小時，然后再將溫度升至120～150℃，保溫5～10小時，隨爐冷卻后即得到烘干的預制塊，其中三聚氰氨粉末與分散后的碳納米管的重量比為1∶0.2～0.5，硅膠粘結劑與分散后的碳納米管的重量比為1∶2～4；五、將步驟四中烘干后的預制塊完全浸泡到濃度為0.04～0.06g/mL的氟鋯酸鉀溶液中1～2分鐘后從溶液中取出，在90～95℃條件保溫5～10小時，然后再將溫度升至120～150℃，保溫5～10小時，隨爐冷卻后在真空爐中進行梯度燒結，先將溫度以10℃/min升溫到200℃后保溫燒結10～20分鐘，再以10℃/min升溫到400℃后保溫燒結1～2小時，然后以10℃/min升溫到600℃后保溫燒結1～2小時，最后以10℃/min升溫到800℃后保溫燒結2～3小時，在以10℃/min降溫到室溫后即得到燒結后的預制塊；六、燒結后的預制塊放入耐熱鋼模具中，預制塊和模具間的縫隙采用純鋁粉填充平整，然后在預制塊表面撒上2～4毫米厚的粒度200目的氧化鋁粉，將耐熱鋼模具在550～600℃條件下保溫10～15分鐘，然后將在850～880℃條件下保溫20～40分鐘后的液態鋁合金澆鑄到預制塊模具中，其中燒結后的預制塊與液態鋁合金的重量比為1∶12.8～32，然后采用二級加壓方法進行加壓，一級壓力為4～6MPa，保壓時間為10～20秒，二級壓力為90～110MPa，保壓時間為3～6分鐘后液態金屬凝固，即得到碳納米管增強鋁合金復合材料。
2. 根據權利要求1所述擠壓鑄造法制備碳納米管增強鋁合金復合材料，其特征在于步 驟一中碳納米管和質量濃度為67%的硝酸按照1 : IOO的重量比混合。
3. 根據權利要求1或2所述擠壓鑄造法制備碳納米管增強鋁合金復合材料，其特征在 于步驟二中混合溶液在頻率為45KHz的條件下超聲5min，然后再攪拌10min。
4. 根據權利要求3所述擠壓鑄造法制備碳納米管增強鋁合金復合材料，其特征在于步 驟三中重復步驟二的操作4次。
5. 根據權利要求1、2或4所述擠壓鑄造法制備碳納米管增強鋁合金復合材料，其特征 在于步驟四中攪拌15分鐘后在頻率為40KHz的條件下超聲45min。
6. 根據權利要求5所述擠壓鑄造法制備碳納米管增強鋁合金復合材料，其特征在于步 驟四中三聚氰氨粉末與分散后的碳納米管的重量比為1 : 0.35，硅膠粘結劑與分散后的碳納米管的重量比為i : 3。
7. 根據權利要求1、2、4或6所述擠壓鑄造法制備碳納米管增強鋁合金復合材料，其特 征在于步驟五中預制塊完全浸泡到濃度為0. 05g/mL的氟鋯酸鉀溶液中1. 5分鐘。
8. 根據權利要求7所述擠壓鑄造法制備碳納米管增強鋁合金復合材料，其特征在于步 驟五中將溫度升至135 °C ，保溫8小時。
9. 根據權利要求1、2、4、6或8所述擠壓鑄造法制備碳納米管增強鋁合金復合材料，其 特征在于步驟六中預制塊在58(TC條件下保溫12分鐘，液態鋁合金在87(TC條件下保溫30 分鐘。
10. 根據權利要求9所述擠壓鑄造法制備碳納米管增強鋁合金復合材料，其特征在于 步驟六中一級壓力為5MPa，保壓時間為15秒，二級壓力為lOOMPa，保壓時間為5分鐘。
全文摘要
擠壓鑄造法制備碳納米管增強鋁合金復合材料，它涉及一種碳納米管增強金屬復合材料的制備方法。本發明解決了現有方法制備得到的碳納米管增強鋁合金復合材料中的碳納米管分布不均勻，且碳納米管與金屬基體界面結合性差的問題。方法一、制備混合溶液；二、混合溶液超聲處理；三、重復步驟二；四、制備得到烘干的預制塊；五、制備得到燒結的預制塊；六、熔化鋁合金在壓力作用下浸滲到燒結的預制塊孔隙中，并在壓力作用下凝固即得到碳納米管增強鋁合金復合材料。本發明制作得到的碳納米管增強鋁合金復合材料中的碳納米管分布均勻，界面結合性好。
文檔編號C22C47/00GK101748349SQ20101030051
公開日2010年6月23日 申請日期2010年1月21日 優先權日2010年1月21日
發明者張學習, 王德尊, 耿林 申請人:哈爾濱工業大學