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]本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及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]目前碳纳米管化学镀镍的方法主要有钯化镀镍，这种方法将羧基化的碳纳米管经过SnCl2敏化，PbCl 2活化后，放入化学镀液中施镀，随着反应的进行可在碳纳米管表面得到连续、均匀的镀层，但PbCl2#格昂贵，提高了生产成本，不适合大规模生产。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】
[0003]本发明的目的是提供一种镀镍碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，通过在碳纳米管表面化学镀镍的方法，改善碳纳米管与铝基体之间的润湿性，通过镀镍层与铝基体之间的金属间化合物反应层，提高碳纳米管与铝基体之间的界面结合力，同时避免碳纳米管与铝基体之间的界面反应，通过高能球墨粉末热乳工艺可以实现碳纳米管在铝基复合材料中均匀分散，大大提高复合材料的生产效率且产品的致密性好。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0005]—种镀镍碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤:将羧基化碳纳米管放入镍盐溶液中浸泡吸附镍离子；在含有强还原剂的溶液中将吸附的镍离子还原成镍单质作为形核核心；在含有弱还原剂和镍盐的化学镀液中施镀(镀镍)，形成镍包覆的碳纳米管；与铝粉或铝合金粉、过程控制剂经过球磨制得复合粉体；将复合粉体封装在金属包套内，升温至指定温度后进行预热；经乳制制得复合材料坯料，再经剥离包套材料，去除毛边。
[0006]根据以上方案，所述羧基化碳纳米管为多壁碳纳米管，管径为0.4纳米-150纳米。
[0007]根据以上方案，所述镍盐溶液为硫酸镍或氯化镍，浓度为0.1?0.8mol/L，所述浸泡的时间为1min?30min。
[0008]根据以上方案，所述强还原剂为硼氢化钾、硼氢化钠中的任意一种，浓度为0.4?4.0mol/L，所述还原的时间为20min?30min。
[0009]根据以上方案，所述施镀过程的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、EDTA 二钠盐或三乙醇胺中的任意一种，所述缓冲剂为醋酸钠、氯化铵的任意一种，所述弱还原剂为甲醛、乙酚酸、二甲基乙酰胺酸，次亚磷酸钠中的任意一种，所述镍盐为硫酸镍或氯化镍。
[0010]根据以上方案，所述铝粉或铝合金粉包括纯铝粉、铝-硅系、铝-镁系、铝-铜系、铝-锌系及稀土铝合金粉，粉体的颗粒平均粒径为50纳米-100微米。
[0011]根据以上方案，所述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。
[0012]根据以上方案，所述球磨包括行星式球磨、搅拌球磨，球料比为10/1-40/1，转速100转/分钟-500转/分钟，球磨时间4小时-8小时。
[0013]根据以上方案，所述包套材料为铜、铝、铁管状薄壁型材中的任意一种。
[0014]根据以上方案，所述预热温度为400度-620度，预热时间为0.5小时_6小时，加热方式包括电炉加热、激光局部加热、中频感应加热。
[0015]根据以上方案，所述乳制过程中的压力为100MPa_700MPa，下乳量0.1毫米_5厘米，并且可根据实际需要，反复加热乳制，直至获得满意效果。
[0016]本发明的有益效果是:
[0017]I)创新性地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；
[0018]2)采用无钯化学镀的方法制备镀镍碳纳米管，制备工艺简单，同时降低了制备成本；
[0019]3)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；
[0020]4)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。
【附图说明】
[0021]图1是本发明制备工艺的流程不意图；
[0022]图2是本发明实施例1中制得的碳纳米管镀镍前、后扫面电子显微镜照片；
[0023]图3是本发明实施例1中制得的镀镍碳纳米管增强铝基复合材料断口的扫描电子显微镜照片；
[0024]图4是本发明实施例1-4中所制得的镀镍碳纳米管增强铝基复合材料的力学性能图；
[0025]图5是本发明实施例1-4中所制得的镀镍碳纳米管增强铝基复合材料的硬度数据图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
[0027]实施例1，见图1至图5所示:
[0028]本发明提供一种镀镍碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤:
[0029]I)将多壁羧基化碳纳米管放入0.2mol/L的NiSO4溶液中浸泡lOmin，让羧基化的碳纳米管表面吸附Ni'浸泡完毕后用去离子水清洗；
[0030]2)将表面吸附Ni2+的碳纳米管放入21.6g/L(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；
[0031]3)将附有镍单质的碳纳米管放入含有NiSO4.6H20 25g/L，NaHPO2.H2020g/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 ；
[0032]4)依次将平均粒径为20微米的纯铝粉40g、占铝粉质量分数为2.0 %镀镍多壁羧基化碳纳米管0.Sg和质量分数为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；
[0033]5)将制得的复合粉体封装在铜管状薄壁材料包套内，并在电炉中进行预热，预热温度450度，预热