专利名称：挤压铸造法制备碳纳米管增强铝合金复合材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种碳纳米管增强金属基复合材料的制备方法。
背景技术：
根据纳米增强体与基体金属在复合过程中的结合方式，碳纳米管增强铝合金复合 材料的制备方法有搅拌铸造法、粉末冶金、高能球磨等，其中搅拌铸造法是将液态铝合金与 碳纳米管粉末搅拌混合，然后让整个混合体凝固，这一方法的制作工艺简单，生产成本低， 但是该方法要求颗粒直径需大于10微米，体积需要小于25%，且颗粒在熔体中易产生比 重偏析，导致凝固时形成枝晶偏析，造成颗粒不均匀分布，该方法中存在的偏聚、成团和易 巻入的气体夹杂，极大的影响了复合材料的使用；粉末冶金法是先将碳纳米管和铝合金粉 末混合均匀，让经压制、烧结及后续处理等工序制成产品，该方法是在低于基体熔点的温度 下进行烧结，界面反应减弱，增强体粒度和体积比可以大范围调整，烧结后可经过进一步的 挤、锻或热等静压处理提高致密化和复合材料性能，然而这种方法中碳纳米管在复合材料 中分布不均匀、容易引入基体金属表面的杂质、碳纳米管与金属基体的界面结合强度不高 以及复合材料孔隙率较大等缺陷；高能球磨法是利用球磨机的转动或振动，使研磨介质对 原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，将其粉碎为纳米级微粒的方法，采用高能球磨法，适当 控制球磨条件可以制备出纯元素、合金或纳米复合粉末，如再采用热挤压、热等静压等技术 加压可制成各种块体纳米材料制品，该方法制作成本低、产量高、工艺简单易行等特点，并 能制备出常规方法难以获得的高熔点金属或合金的纳米微粒及纳米复合材料，但是该方法 制作得到的复合材料中的碳纳米管分布不均匀，使得复合材料的组织致密性和界面结合性 差，极大的限制了复合材料的使用。
发明内容
本发明是为了解决现有方法制备得到的碳纳米管增强铝合金复合材料中的碳纳 米管分布不均匀，且碳纳米管与金属基体界面结合性差的问题，而提供了挤压铸造法制备 碳纳米管增强铝合金复合材料。 本发明挤压铸造法制备碳纳米管增强铝合金复合材料按照以下步骤进行一、碳 纳米管和质量浓度为65% 69%的硝酸按照0.8 1.2 : 100的重量比混合，在100 12(TC条件下回流5 10小时，然后用孔径为0. 45微米的微孔滤膜进行负压过滤，同时通 入蒸馏水直到过滤出的溶液PH值为6. 0 7. O，然后用蒸馏水将微孔滤膜上的碳纳米管冲 洗下来得到碳纳米管水溶液，而后再向碳纳米管水溶液中加入浓度为18 22mg/mL的十二 烷基璜酸钠溶液得到混合溶液，其中碳纳米管与十二烷基璜酸钠溶液的重量比为0. 1
o. 3 : i; 二、步骤二的混合溶液在频率为40 50KHz的条件下超声4 6min，然后再搅拌 8 12min j 三、重复步骤二的操作3 5次即实现了碳纳米管的分散；
4
四、将粒度为30 38微米的三聚氰氨粉末和硅胶粘结剂加入到分散后的碳纳米 管中，搅拌10 20分钟后在频率为35 45KHz的条件下超声30 60min，然后在80 IO(TC条件下搅拌10 30分钟后放入预制块压制模具中，在室温下静置12 24小时后在 压力为2 5MPa的条件下保压60 120分钟，再在90 95。C条件保温5 10小时，然后 再将温度升至120 15(TC，保温5 10小时，随炉冷却后即得到烘干的预制块，其中三聚 氰氨粉末与分散后的碳纳米管的重量比为l : 0.2 0.5，硅胶粘结剂与分散后的碳纳米管 的重量比为1 : 2 4 ; 五、将步骤四中烘干后的预制块完全浸泡到浓度为0. 04 0. 06g/mL的氟锆酸钾 溶液中1 2分钟后从溶液中取出，在90 95t:条件保温5 10小时，然后再将温度升至 120 15(TC，保温5 10小时，随炉冷却后在真空炉中进行梯度烧结，先将温度以l(TC / min升温到20(TC后保温烧结10 20分钟，再以l(TC /min升温到40(TC后保温烧结1 2小时，然后以10°C /min升温到60(TC后保温烧结1 2小时，最后以l(TC /min升温到 80(TC后保温烧结2 3小时，在以l(TC /min降温到室温后即得到烧结后的预制块；
六、烧结后的预制块放入耐热钢模具中，预制块和模具间的缝隙采用纯铝粉填 充平整，然后在预制块表面撒上2 4毫米厚的粒度200目的氧化铝粉，将耐热钢模具 在550 60(TC条件下保温10 15分钟，然后将在850 880。C条件下保温20 40分 钟后的液态铝合金浇铸到预制块模具中，其中烧结后的预制块与液态铝合金的重量比为 1 : 12. 8 32，然后采用二级加压方法进行加压，一级压力为4 6MPa，保压时间为10 20秒，二级压力为90 llOMPa，保压时间为3 6分钟后液态金属凝固，即得到碳纳米管 增强铝合金复合材料。 本发明的方法采用挤压铸造法制备碳纳米管增强铝合金复合材料，首先将将碳纳 米管制备成预制块，在预制块中以三聚氰氨粉末为填充材料，可减小碳纳米管在预制块中 的体积分数，增大预制块中碳纳米管之间的孔隙尺寸，又在预制块中加入了硅胶粘结剂，可 有效的增强预制块的强度，本发明在制作预制块时还加入了氟锆酸钾，氟锆酸钾加入后，在 浸渗过程中与金属发生放热反应，可以消除浸渗前沿金属的氧化膜、提高浸渗前沿金属温 度、提高液态金属与碳纳米管的润湿性，从而有利于挤压铸造过程的实现，同时，在制作预 制块的烧结过程中，三聚氰氨从预制块中除去的同时，碳纳米管没有发生氧化现象，预制块 烧结后预制块也没有出现任何内縮变形，步骤五中最终得到的预制块中碳纳米管体积分数 介于10 20%之间，且通过预制块内部碳纳米管的分布形态图，可以看出预制块中碳纳米 管分布均匀，没有发现碳纳米管聚集堆积；本发明方法在步骤六中将液态铝合金在压力作 用下浸渗到预制块的孔隙中，随后液态金属在压力作用下凝固，从而得到了碳纳米管增强 铝合金复合材料；通过电镜图可以看出，本发明方法制作得到的复合材料的晶粒细小、孔隙 率低，碳纳米管在复合材料中的分布均匀，本发明方法制作得到的复合材料的碳纳米管与 金属基体界面结合性好
图1为具体实施方式
十九步骤五中的三聚氰氨的热失重曲线图；图2为具体实施
方式十九步骤五中最终得到的预制块的内部分布形态电镜图；图具体实施方式
十九制作 得到的碳纳米管增强铝合金复合材料中碳纳米管在晶粒内部形貌电镜图；图具体实施方式
十九制作得到的碳纳米管增强铝合金复合材料在亚晶界区域的形貌电镜图。
具体实施例方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的 任意组合。
具体实施方式
一本实施方式挤压铸造法制备碳纳米管增强铝合金复合材料按照 以下步骤进行 —、碳纳米管和质量浓度为65% 69%的硝酸按照0.8 1.2 : 100的重量比混 合，在100 12(TC条件下回流5 10小时，然后用孔径为0. 45微米的微孔滤膜进行负压过 滤，同时通入蒸馏水直到过滤出的溶液pH值为6. 0 7. O，然后用蒸馏水将微孔滤膜上的碳 纳米管冲洗下来得到碳纳米管水溶液，而后再向碳纳米管水溶液中加入浓度为18 22mg/ mL的十二烷基璜酸钠溶液得到混合溶液，其中碳纳米管与十二烷基璜酸钠溶液的重量比为
o. i o. 3 : i; 二、步骤二的混合溶液在频率为40 50KHz的条件下超声4 6min，然后再搅拌 8 12min j 三、重复步骤二的操作3 5次即实现了碳纳米管的分散； 四、将粒度为30 38微米的三聚氰氨粉末和硅胶粘结剂加入到分散后的碳纳米 管中，搅拌10 20分钟后在频率为35 45KHz的条件下超声30 60min，然后在80 IO(TC条件下搅拌10 30分钟后放入预制块压制模具中，在室温下静置12 24小时后在 压力为2 5MPa的条件下保压60 120分钟，再在90 95。C条件保温5 10小时，然后 再将温度升至120 15(TC，保温5 10小时，随炉冷却后即得到烘干的预制块，其中三聚 氰氨粉末与分散后的碳纳米管的重量比为l : 0.2 0.5，硅胶粘结剂与分散后的碳纳米管 的重量比为1 : 2 4 ; 五、将步骤四中烘干后的预制块完全浸泡到浓度为0. 04 0. 06g/mL的氟锆酸钾 溶液中1 2分钟后从溶液中取出，在90 95t:条件保温5 10小时，然后再将温度升至 120 15(TC，保温5 10小时，随炉冷却后在真空炉中进行梯度烧结，先将温度以l(TC / min升温到20(TC后保温烧结10 20分钟，再以l(TC /min升温到40(TC后保温烧结1 2小时，然后以10°C /min升温到60(TC后保温烧结1 2小时，最后以l(TC /min升温到 80(TC后保温烧结2 3小时，在以l(TC /min降温到室温后即得到烧结后的预制块；
六、烧结后的预制块放入耐热钢模具中，预制块和模具间的缝隙采用纯铝粉填 充平整，然后在预制块表面撒上2 4毫米厚的粒度200目的氧化铝粉，将耐热钢模具 在550 60(TC条件下保温10 15分钟，然后将在850 880。C条件下保温20 40分 钟后的液态铝合金浇铸到预制块模具中，其中烧结后的预制块与液态铝合金的重量比为 1 : 12. 8 32，然后采用二级加压方法进行加压，一级压力为4 6MPa，保压时间为10 20秒，二级压力为90 llOMPa，保压时间为3 6分钟后液态金属凝固，即得到碳纳米管 增强铝合金复合材料。 本实施方式步骤一的碳纳米管水溶液中蒸馏水与碳纳米管的重量比为 100 : 0. 8 1. 2。 本实施方式步骤三中硅胶粘结剂由聚乙烯醇、硅胶、丙三醇和蒸馏水按照1:1:1: 15的质量比组成；硅胶粘结剂的配制方法为先将蒸馏水加热至so 90°c， 然后加入聚乙烯醇搅拌至完全溶解，再加入丙三醇搅拌均匀，最后加入硅溶胶，搅拌均匀后 冷却即得到硅胶粘结剂。 本实施方式步骤四中30 38微米的三聚氰氨粉末的制作方法采用陶瓷研磨器 对化学纯三聚氰氨进行手工研磨，然后利用400 460目的金属筛过筛，即得到30 38微 米的三聚氰氨粉末。 本实施方式步骤四中三聚氰氨的热失重分为三个阶段在285t:开始迅速分解挥 发，至393. 7t:左右失重了总量的60%左右，从393. 7t:至61. 7。C这一阶段失重速率减慢， 461. 7。C直至接近700°C ，三聚氰胺基本耗尽。 本实施方式步骤四中在80 IO(TC条件下搅拌是为了大部分水分蒸发出去，形成 糊状物。 本实施方式步骤四中在室温下静置12 24小时是为了过滤掉多余的水分，并使 糊状物上表面基本干燥。 本实施方式步骤五中预制块中氟锆酸钾体积含量为1. 9 2. 1%，氟锆酸钾加入
后，在浸渗过程中与金属发生放热反应，可以消除浸渗前沿金属的氧化膜、提高浸渗前沿金
属温度、提高液态金属与碳纳米管的润湿性，从而有利于挤压铸造过程的实现。 本实施方式步骤五中的烧结过程中，三聚氰氨从预制块中分解挥发出去，碳纳米
管没有发生氧化，预制块烧结后没有出现任何内縮变形，而没有添加三聚氰氨的预制块，在
烧结后会发生内陷收縮，造成形状改变，因此加入三聚氰氨对制备形状外形完整的预制块
起到了良好的效果，最终得到的预制块中碳纳米管体积分数介于10 20%之间。 本实施方式步骤六中撒上氧化铝粉是为了防止碳纳米管在随后加热过程中的氧化。 通过电镜图可以看出，本实施方式制作得到的复合材料的晶粒细小，碳纳米管在 复合材料中的分布均匀，本实施方式制作得到的复合材料的碳纳米管与金属基体界面结合 性好。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中碳纳米管和 质量浓度为67%的硝酸按照1 : 100的重量比混合。其它步骤及参数与具体实施方式
一相 同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一至二不同的是步骤一中在 11(TC条件下回流8小时。其它步骤及参数与具体实施方式
一至二相同。 具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三不同的是步骤一中蒸馏水
与碳纳米管的重量比为l : 100。其它步骤及参数与具体实施方式
一至三相同。 具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四不同的是步骤一中碳纳米
管与十二烷基璜酸钠溶液的重量比为0.2 : 1。其它步骤及参数与具体实施方式
一至四相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五不同的是步骤二中混合溶 液在频率为45KHz的条件下超声5min，然后再搅拌10min。其它步骤及参数与具体实施方 式一至五相同。 具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六不同的是步骤三中重复步骤二的操作4次。其它步骤及参数与具体实施方式
一至六相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至七不同的是步骤四中搅拌15 分钟后在频率为40KHz的条件下超声45min。其它步骤及参数与具体实施方式
一至七相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一至八不同的是步骤四中在90°C 条件下搅拌20分钟。其它步骤及参数与具体实施方式
一至八相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一至九不同的是步骤四中在室温 下静置16小时后在压力为2 5MPa的条件下保压90分钟。其它步骤及参数与具体实施 方式一至九相同。
具体实施方式
i^一 本实施方式与具体实施方式
一至十不同的是步骤四中在 92t:条件保温8小时，然后再将温度升至135t:，保温7小时。其它步骤及参数与具体实施 方式一至十相同。
具体实施方式
十二 本实施方式与具体实施方式
一至i^一不同的是步骤四中三 聚氰氨粉末与分散后的碳纳米管的重量比为1 : 0.35，硅胶粘结剂与分散后的碳纳米管的
重量比为i : 3。其它步骤及参数与具体实施方式
一至十一相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
一至十二不同的是步骤五中预 制块完全浸泡到浓度为0. 05g/mL的氟锆酸钾溶液中1. 5分钟。其它步骤及参数与具体实 施方式一至十二相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
一至十三不同的是步骤五中在 92t:条件保温7小时。其它步骤及参数与具体实施方式
一至十三相同。 具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
一至十四不同的是步骤五中将
温度升至135t:，保温8小时。其它步骤及参数与具体实施方式
一至十四相同。 具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
一至十五不同的是步骤六中步
骤六中预制块在58(TC条件下保温12分钟，液态铝合金在87(TC条件下保温30分钟。其它 步骤及参数与具体实施方式
一至十五相同。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
一至十六不同的是步骤六中烧 结后的预制块与液态铝合金的重量比为l : 25。其它步骤及参数与具体实施方式
一至十六 相同。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
一至十七不同的是步骤六中一 级压力为5MPa，保压时间为15秒，二级压力为lOOMPa，保压时间为5分钟。其它步骤及参 数与具体实施方式
一至十七相同。
具体实施方式
十九本实施方式挤压铸造法制备碳纳米管增强铝合金复合材料按 照以下步骤进行 —、碳纳米管和质量浓度为67%的硝酸按照1 : 100的重量比混合，在11(TC条件 下回流6小时，然后用孔径为0. 45微米的微孔滤膜进行负压过滤，同时通入蒸馏水直到过 滤出的溶液pH值为6. 5，然后用蒸馏水将微孔滤膜上的碳纳米管冲洗下来得到碳纳米管水 溶液，而后再向碳纳米管水溶液中加入浓度为20mg/mL的十二烷基璜酸钠溶液得到混合溶 液，其中碳纳米管与十二烷基璜酸钠溶液的重量比为0.2 : 1; 二、步骤二的混合溶液在频率为45KHz的条件下超声5min，然后再搅拌10min ;
三、重复步骤二的操作4次即实现了碳纳米管的分散；
8
四、将粒度为30 38微米的三聚氰氨粉末和硅胶粘结剂加入到分散后的碳纳米 管中，搅拌15分钟后在频率为40KHz的条件下超声45min，然后在9(TC条件下搅拌20分钟 后放入预制块压制模具中，在室温下静置16小时后在压力为4MPa的条件下保压90分钟， 再在92t:条件保温7小时，然后再将温度升至13(TC，保温7小时，随炉冷却后即得到烘干 的预制块，其中三聚氰氨粉末与分散后的碳纳米管的重量比为l : 0.35，硅胶粘结剂与分 散后的碳纳米管的重量比为1:3; 五、将步骤四中烘干后的预制块完全浸泡到浓度为0. 05g/mL的氟锆酸钾溶液中 1. 5分钟后从溶液中取出，在93t:条件保温8小时，然后再将温度升至135t:，保温8小时， 随炉冷却后在真空炉中进行梯度烧结，先将温度以l(TC /min升温到20(TC后保温烧结15 分钟，再以l(TC /min升温到40(TC后保温烧结1. 5小时，然后以l(TC /min升温到60(TC后 保温烧结1. 5小时，最后以l(TC /min升温到80(TC后保温烧结2. 5小时，在以10°C /min降 温到室温后即得到烧结后的预制块； 六、烧结后的预制块放入耐热钢模具中，预制块和模具间的缝隙采用纯铝粉填充 平整，然后在预制块表面撒上3毫米厚的粒度200目的氧化铝粉，将耐热钢模具在57(TC条 件下保温12分钟，然后将在87(TC条件下保温30分钟后的液态铝合金浇铸到预制块模具 中，其中烧结后的预制块与液态铝合金的重量比为1 : 20，然后采用二级加压方法进行加 压，一级压力为5MPa，保压时间为15秒，二级压力为lOOMPa，保压时间为5分钟后液态金属 凝固，即得到碳纳米管增强铝合金复合材料。 本实施方式步骤一的碳纳米管水溶液中蒸馏水与碳纳米管的重量比为100 : 1。
本实施方式步骤一中除使用十二烷基璜酸钠溶液外还可以使用十二烷基苯璜酸 钠溶液。 本实施方式步骤三中硅胶粘结剂由聚乙烯醇、硅胶、丙三醇和蒸馏水按照
i:i:i: 15的质量比组成；硅胶粘结剂的配制方法为先将蒸馏水加热至80 90°c，
然后加入聚乙烯醇搅拌至完全溶解，在加入丙三醇搅拌均匀，最后加入硅溶胶，搅拌均匀后 冷却即得到硅胶粘结剂。 本实施方式步骤四中30 38微米的三聚氰氨粉末的制作方法采用陶瓷研磨器 对化学纯三聚氰氨进行手工研磨，然后利用400 460目的金属筛过筛，即得到30 38微 米的三聚氰氨粉末。 本实施方式步骤四中三聚氰氨的热失重分为三个阶段在285t:开始迅速分解挥 发，至393. 7t:左右失重了总量的60%左右，从393. 7t:至61. 7。C这一阶段失重速率减慢， 461.7t:直至接近70(TC，三聚氰胺基本耗尽，热失重曲线如图l所示。 本实施方式步骤四中在9(TC条件下搅拌是为了大部分水分蒸发出去，形成糊状 物。 本实施方式步骤四中在室温下静置16小时是为了过滤掉多余的水分，并使糊状 物上表面基本干燥。 本实施方式步骤五中预制块中氟锆酸钾体积含量为2%，氟锆酸钾加入后，在浸渗 过程中与金属发生放热反应，可以消除浸渗前沿金属的氧化膜、提高浸渗前沿金属温度、提 高液态金属与碳纳米管的润湿性，从而有利于挤压铸造过程的实现。 本实施方式步骤五中的烧结过程中，三聚氰氨从预制块中分解挥发出去，碳纳米管没有发生氧化，预制块烧结后没有出现任何内縮变形，而没有添加三聚氰氨的预制块，在
烧结后会发生内陷收縮，造成形状改变，因此加入三聚氰氨对制备形状外形完整的预制块
起到了良好的效果，最终得到的预制块中碳纳米管体积分数介于10 20%之间。 本实施方式步骤六中撒上氧化铝粉是为了防止碳纳米管在随后加热过程中的氧化。 图2为本实施方式步骤五最终得到的预制块的内部分布形态电镜图，从图中可以
看出预制块内部的碳纳米管分布均匀，没有发现碳纳米管聚集堆积，碳纳米管在复合材料
中的分布均匀，本实施方式制作得到的复合材料中碳纳米管分布均匀性和界面结合性好，
本实施方式制作得到的复合材料的碳纳米管与金属基体界面结合性好。 图3为本实施方式制作得到的碳纳米管增强铝合金复合材料中碳纳米管在晶粒
内部形貌电镜图，图中为被基体包覆的单根碳纳米管，从图中可以看出在碳纳米管的尖端
和周围没有发现位错。 图4为本实施方式制作得到的碳纳米管增强铝合金复合材料在亚晶界区域的形貌电镜图，从图中可以看出纳米管的分布取向各异，同时亚晶界在纳米管较为富集的地方出现，亚晶界明显地弯曲，不再形成平直的亚晶界，是因为碳纳米管的存在提供了过冷中心，围绕碳纳米管形成一个温度的梯度场，有利于铝在碳纳米管附近凝固，造成晶界的弯曲，晶粒细小、孔隙率低。
权利要求
挤压铸造法制备碳纳米管增强铝合金复合材料，其特征在于挤压铸造法制备碳纳米管增强铝合金复合材料按照以下步骤进行一、碳纳米管和质量浓度为65％～69％的硝酸按照0.8～1.2∶100的重量比混合，在100～120℃条件下回流5～10小时，然后用孔径为0.45微米的微孔滤膜进行负压过滤，同时通入蒸馏水直到过滤出的溶液pH值为6.0～7.0，然后用蒸馏水将微孔滤膜上的碳纳米管冲洗下来得到碳纳米管水溶液，而后再向碳纳米管水溶液中加入浓度为18～22mg/mL的十二烷基璜酸钠溶液得到混合溶液，其中碳纳米管与十二烷基璜酸钠溶液的重量比为0.1～0.3∶1；二、步骤二的混合溶液在频率为40～50KHz的条件下超声4～6min，然后再搅拌8～12min；三、重复步骤二的操作3～5次即实现了碳纳米管的分散；四、将粒度为30～38微米的三聚氰氨粉末和硅胶粘结剂加入到分散后的碳纳米管中，搅拌10～20分钟后在频率为35～45KHz的条件下超声30～60min，然后在80～100℃条件下搅拌10～30分钟后放入预制块压制模具中，在室温下静置12～24小时后在压力为2～5MPa的条件下保压60～120分钟，再在90～95℃条件保温5～10小时，然后再将温度升至120～150℃，保温5～10小时，随炉冷却后即得到烘干的预制块，其中三聚氰氨粉末与分散后的碳纳米管的重量比为1∶0.2～0.5，硅胶粘结剂与分散后的碳纳米管的重量比为1∶2～4；五、将步骤四中烘干后的预制块完全浸泡到浓度为0.04～0.06g/mL的氟锆酸钾溶液中1～2分钟后从溶液中取出，在90～95℃条件保温5～10小时，然后再将温度升至120～150℃，保温5～10小时，随炉冷却后在真空炉中进行梯度烧结，先将温度以10℃/min升温到200℃后保温烧结10～20分钟，再以10℃/min升温到400℃后保温烧结1～2小时，然后以10℃/min升温到600℃后保温烧结1～2小时，最后以10℃/min升温到800℃后保温烧结2～3小时，在以10℃/min降温到室温后即得到烧结后的预制块；六、烧结后的预制块放入耐热钢模具中，预制块和模具间的缝隙采用纯铝粉填充平整，然后在预制块表面撒上2～4毫米厚的粒度200目的氧化铝粉，将耐热钢模具在550～600℃条件下保温10～15分钟，然后将在850～880℃条件下保温20～40分钟后的液态铝合金浇铸到预制块模具中，其中烧结后的预制块与液态铝合金的重量比为1∶12.8～32，然后采用二级加压方法进行加压，一级压力为4～6MPa，保压时间为10～20秒，二级压力为90～110MPa，保压时间为3～6分钟后液态金属凝固，即得到碳纳米管增强铝合金复合材料。
2. 根据权利要求1所述挤压铸造法制备碳纳米管增强铝合金复合材料，其特征在于步 骤一中碳纳米管和质量浓度为67%的硝酸按照1 : IOO的重量比混合。
3. 根据权利要求1或2所述挤压铸造法制备碳纳米管增强铝合金复合材料，其特征在 于步骤二中混合溶液在频率为45KHz的条件下超声5min，然后再搅拌10min。
4. 根据权利要求3所述挤压铸造法制备碳纳米管增强铝合金复合材料，其特征在于步 骤三中重复步骤二的操作4次。
5. 根据权利要求1、2或4所述挤压铸造法制备碳纳米管增强铝合金复合材料，其特征 在于步骤四中搅拌15分钟后在频率为40KHz的条件下超声45min。
6. 根据权利要求5所述挤压铸造法制备碳纳米管增强铝合金复合材料，其特征在于步 骤四中三聚氰氨粉末与分散后的碳纳米管的重量比为1 : 0.35，硅胶粘结剂与分散后的碳纳米管的重量比为i : 3。
7. 根据权利要求1、2、4或6所述挤压铸造法制备碳纳米管增强铝合金复合材料，其特 征在于步骤五中预制块完全浸泡到浓度为0. 05g/mL的氟锆酸钾溶液中1. 5分钟。
8. 根据权利要求7所述挤压铸造法制备碳纳米管增强铝合金复合材料，其特征在于步 骤五中将温度升至135 °C ，保温8小时。
9. 根据权利要求1、2、4、6或8所述挤压铸造法制备碳纳米管增强铝合金复合材料，其 特征在于步骤六中预制块在58(TC条件下保温12分钟，液态铝合金在87(TC条件下保温30 分钟。
10. 根据权利要求9所述挤压铸造法制备碳纳米管增强铝合金复合材料，其特征在于 步骤六中一级压力为5MPa，保压时间为15秒，二级压力为lOOMPa，保压时间为5分钟。
全文摘要
挤压铸造法制备碳纳米管增强铝合金复合材料，它涉及一种碳纳米管增强金属复合材料的制备方法。本发明解决了现有方法制备得到的碳纳米管增强铝合金复合材料中的碳纳米管分布不均匀，且碳纳米管与金属基体界面结合性差的问题。方法一、制备混合溶液；二、混合溶液超声处理；三、重复步骤二；四、制备得到烘干的预制块；五、制备得到烧结的预制块；六、熔化铝合金在压力作用下浸渗到烧结的预制块孔隙中，并在压力作用下凝固即得到碳纳米管增强铝合金复合材料。本发明制作得到的碳纳米管增强铝合金复合材料中的碳纳米管分布均匀，界面结合性好。
文档编号C22C47/00GK101748349SQ20101030051
公开日2010年6月23日 申请日期2010年1月21日 优先权日2010年1月21日
发明者张学习, 王德尊, 耿林 申请人:哈尔滨工业大学