一种镀镍碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属复合材料领域，具体是指一种镀镍碳纳米管增强铝基复合材料的 制备方法。
【背景技术】
[0002] 金属基复合材料有着传统金属材料的优良性能，添加增强相后可以克服传统金属 材料的性能局限性。铝基复合材料有着质量轻，强度高，耐磨耐腐蚀，导电导热性好和热膨 胀系数低等优点，广泛地应用在航天航空，汽车制造，电子仪器等工业领域。碳纳米管作为 铝基复合材料的一种常见增强相，如何利用碳纳米管高性能的铝基复合材料成为今年来国 内外研究的热点。
[0003] 碳纳米管在铝基体中的分散性是影响复合材料性能的重要因素之一。碳纳米管增 强铝基复合材料制备方法有热喷涂法、搅拌铸造法和挤压铸造法等。其中热喷涂法是把熔 化或半熔化的碳纳米管颗粒以高速喷射的方式直接在基板沉积形成致密涂层，但是这一方 法的工艺中温度很高，容易导致碳纳米管表层碳化，影响碳纳米管的优良性能。搅拌铸造法 是将碳纳米管和液态铝进行搅拌混合，最后使整个混合体进行凝固，该方法虽工艺简单，但 是铝对碳纳米管的润湿性很差，复合材料凝固后，碳纳米管与铝基体会出现明显的分层现 象，对复合材料的力学性能会有极大的影响。挤压铸造法是通过先制备的预制件，将熔融下 的铝液浸渍预制件中，最后通过压实，该工艺由于高压凝固和塑性变形同时存在，制件无缩 孔、缩松等缺陷，但这种工艺没能有效地分散碳纳米管，导致其在基体中会有明显的团聚现 象，对复合材料的性能有很大的影响。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是根据上述不足提供一种镀镍碳纳米管增强铝基复合材料的制备 方法，该方法利用对碳纳米管镀镍的方式解决碳纳米管在铝基体中分散性和润湿性的问 题，提尚碳纳米管增强错基复合材料的性能。
[0005] 本发明是通过以下方式实现的：一种镀镍碳纳米管增强铝基复合材料的制备方 法，其步骤包括：
[0006] (1)将碳纳米管外镀镍，得到镍包覆的碳纳米管；
[0007] (2)将铝粉或铝合金粉、质量百分数为铝粉或铝合金粉的0. 5-4. 0 %的镍包覆的 碳纳米管、质量百分数为铝粉或铝合金粉的〇. 5-2. 0%的过程控制剂混合球磨，得到复合粉 体；
[0008] (3)将复合粉体封装在金属包套内，升温至400_620°C后进行乳制，得到复合材料 坯料；
[0009] (4)再剥离金属包套，去除毛边后得到所述镀镍碳纳米管增强铝基复合材料。
[0010] 优选的，所述步骤（1)中的镀镍是先将羧基化碳纳米管放入镍盐溶液中浸泡吸附 镍离子，然后将吸附的镍离子还原成镍单质作为形核核心，最后在化学镀液中施镀，得到所 述镍包覆的碳纳米管。
[0011] 优选的，所述吸附镍离子用的镍盐溶液是硫酸镍或氯化镍的水溶液，浓度为 0? 1-0. 8mol/L，所述浸泡的时间为 10min_30min。
[0012] 优选的，所述将吸附的镍离子还原成镍单质是用强还原剂还原，所述强还原剂为 硼氢化钾、硼氢化钠中的任意一种，浓度为〇. 4-4.Omol/L，所述还原的时间为20-30min。[0013] 优选的，所述将吸附的镍离子还原成镍单质是在化学镀液中进行，所述化学镀液 中包括络合剂、缓冲剂、弱还原剂和镍盐；所述络合剂为柠檬酸钠、H)TA二钠盐或三乙醇 胺中的任意一种，所述缓冲剂为醋酸钠或氯化铵中的任意一种，所述弱还原剂为甲醛、乙酚 酸、二甲基乙酰胺酸或次亚磷酸钠中的任意一种，所述镍盐为硫酸镍或氯化镍。该化学镀液 为本领域技术人员公知的常规配方。
[0014] 优选的，所述羧基化碳纳米管为多壁碳纳米管，管径为0.4-150nm。
[0015] 优选的，所述步骤（2)中的铝粉是指纯铝粉，铝合金粉是指铝-硅系、铝-镁系、 铝-铜系、铝-锌系或稀土铝合金粉，铝粉或铝合金粉的粉体颗粒平均粒径为50nm-100ym。
[0016] 优选的，所述步骤（2)中的过程控制剂为硬脂酸、硬脂酸锂、硬脂酸锌、石蜡、甲 醇、乙醇、硅油、油酸、纤维素中的任意一种。
[0017] 优选的，所述步骤⑵中的球磨是指行星式球磨或搅拌球磨，球料比为 10/1-40/1，转速为100-500转/分钟，球磨时间为4-8小时。
[0018] 优选的，所述步骤（3)中的金属包套是铜或铁管状薄壁型材中；所述升温至 400-620°C是先在400-620°C下预热0. 5-6小时后再乳制，乳制压力为100-700MPa，下乳量 为 0?lmm-5cm〇
[0019] 本发明的有益效果在于：
[0020] 本发明使用了镀镍碳纳米管对铝基复合材料的界面进行改善，相对于传统的碳纳 米管增强铝基复合材料，镀镍碳纳米管可以避免碳纳米管与铝基体之间的高温界面反应， 同时还可以提高碳纳米管与铝基体之间的润湿性。并且，镀镍碳纳米管增强铝基复合材料 制备过程中，碳纳米管表面镍层能够与铝基体反应生成金属间化合物，提高碳纳米管与铝 基体的界面结合强度，从而提高复合材料力学性能。同时，使用镀镍碳纳米管与粉末球墨热 乳相结合工艺，更有效地解决了碳纳米管在铝基体中的均匀分散性。另外本发明的镀镍方 式工艺简单，成本低，适用于工业化生产，具有很强的实用性。
【附图说明】
[0021] 图1为实施例1镀镍碳纳米管增强铝基复合材料1的断口形貌的扫描电子显微镜 照片；
[0022] 图2为实施例1镀镍碳纳米管增强铝基复合材料1的镀镍碳纳米管在断口处断裂 形貌的扫描电子显微镜照片。
【具体实施方式】
[0023] 以下结合具体实施例及附图进一步说明本发明：
[0024] 实施例1
[0025] -种镀镍碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，其步骤包括：
[0026] (1)将管径为IOOnm的多壁羧基化碳纳米管放入浓度为0? 2mol/L的NiSO4溶液 中浸泡lOmin，让羧基化碳纳米管的表面吸附Ni2+，浸泡完毕后用去离子水清洗；将表面 吸附Ni2+的碳纳米管放入0. 4mol/L的KBH4溶液中，在超声波分散环境下，还原20min，将 吸附的镍离子还原成镍单质，随后用去离子水清洗；将附有镍单质的碳纳米管放入含有 NiSO4 ? 6H20 25g/L，NaHPO2 ?H2O20g/L，Na2C6H5O7 ? 2H20 20g/L，NaAc(无水）5g/L，pH为 6.O 的200ml的烧杯中，置于80°C恒温油浴锅中，施镀30min得到镍包覆的碳纳米管；
[0027] (2)将平均粒径为20微米的纯铝粉40g、占铝粉质量百分数为2. 0%的镍包覆的碳 纳米管0. 8g，和占铝粉质量百分数为0. 5 %的过程控制剂硬脂酸0. 2g三者进行混合，采用 行星式球磨工艺，球料比为10/1，转速为300rpm/min，球磨时间8小时，制得复合粉体；
[0028] (3)将复合粉体封装在铜管状薄壁材料包套内，先在450°C下预热2小时后再乳 制，乳制压力为300MPa，下乳量为2cm，得到复合材料坯料；
[0029] (4)再剥离金属包套，去除毛边后得到所述镀镍碳纳米管增强铝基复合材料1。
[0030] 实施例2
[0031] -种镀镍碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，其步骤包括：
[0032] (1)将管径为80nm的多壁羧基化碳纳米管放入浓度为0?lmol/L的NiCl2溶液中 浸泡30min，让羧基化碳纳米管的表面吸附Ni2+，浸泡完毕后用去离子水清洗；将表面吸附 Ni2+的碳纳米管放入4mol/L的KBH4溶液中，在超声波分散环境下，还原20min，将吸附的镍 离子还原成镍单质，随后用去离子水清洗；将附有镍单质的碳纳米管放入含有NiCl2 ? 6H20 25g/L，NaHPO2 ?H2O20g/L，Na2C6H5O7 ? 2H20 20g/L，NaAc(无水）5g/L，pH为 6. 0 的 200ml的 烧杯中，置于80°C恒温油浴锅中，施镀30min得到镍包覆的碳纳米管；
[0033] (2)将平均粒径为20微米的铝-铜粉40g、占铝粉质量百分数为0. 5%的镍包覆的 碳纳米管0. 2g，和占铝粉质量百分数为0. 5%的过程控制剂硅油0. 2g三者进行混合，采用 行星式球磨工艺，球料比为20/1，转速为100rpm/min，球磨时间4小时，制得复合粉体；
[0034] (3)将复合粉体封装在铜管状薄壁材料包套内，先在400°C下预热6小时后再乳 制，乳制压力为700MPa，下乳量为5cm，得到复合材料坯料；
[0035] (4)再剥离金属包套，去除毛边后得到所述镀镍碳纳米管增强铝基复合材料2。
[0036] 实施例3
[0037] -种镀镍碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，其步骤包括：
[0038] (1)将管径为150nm的多壁羧基化碳纳米管放入浓度为0? 8mol/L的NiSO4溶液中 浸泡20min，让羧基化碳纳米管的表面吸附Ni2+，浸泡完