碳纳米管增强铝制电力金具的制造工艺的制作方法

1.本发明涉及的是一种材料加工领域的技术，具体是一种碳纳米管增强铝制电力金具的制造工艺。


背景技术：

2.铝制电力金具在电力行业中广泛应用，但是铝制电力金具强度较低，为满足使用要求需增加尺寸，导致其重量、体积变大，制造成本随之增加。
3.目前已有利用碳纳米管对铝进行增强的研究，使得其在轻质、抗拉强度、延伸率等性能上有了一些提升。但由于碳纳米管在铝基体中分散不均匀，导致增强效果不如预期。中国发明专利cn107881374b、中国发明专利申请cn202010980169.3都是将碳纳米管直接加入铝合金熔体中，随后搅拌，再用结晶器浇铸得到纳米碳铝合金材料。其存在问题包括：1、碳纳米管与铝合金熔体密度差较大，碳纳米管漂浮于铝合金熔体表面，无法在铝合金内均匀分散；2、碳纳米管与铝合金直接接触，高温下生成碳化铝，碳化铝在室外湿热环境中会与水反应生产氢氧化铝，对铝合金强度产生灾难性破坏。
4.为了解决现有技术存在的上述问题，本发明由此而来。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种碳纳米管增强铝制电力金具的制造工艺，能够实现碳纳米管与铝基体的有效结合，得到增强的铝制电力金具。
6.本发明包括以下步骤：
7.s1，超高真空状态下，采用蒸发或低压冷态溅射工艺在碳纳米管表面均匀沉积纳米合金a保护层，形成带有纳米合金a保护层的碳纳米管cnt/a；
8.s2，将cnt/a加入到铝基体中，铝基体为粉体、半熔融体或熔融体形态，之后在半熔融或熔融状态下边加热边搅拌糅合均匀成混合体；
9.s3，将混合体制成坯件后锻造或轧制，或直接浇筑混合体进行铸造，得到碳纳米管增强铝制电力金具。
10.碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中至少一种；碳纳米管纯度大于99％，直径为10～200nm，长度为5～20μm。
11.纳米合金a包括钯、金、银、钪、钛、钒、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锡、铬、硅、磷中至少一种元素，纯度大于99％。
12.铝基体的纯度大于99％。
13.步骤s1中，超高真空状态的真空度为0.1～10pa。
14.步骤s1中，蒸发温度为400～1500℃。
15.步骤s1中，低压冷态溅射参数：压力20～40mbar，温度20～200℃。
16.纳米合金a保护层的厚度为10～1000nm。
17.步骤s2中，按重量比，cnt：a：al＝0.1～5.0:0.1～5.0:90.0～99.8。
18.步骤s2在惰性气体气氛或真空环境中操作，半熔融或熔融的温度为400～1000℃。技术效果
19.与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
20.1)在碳纳米管cnt表面气相沉积得到的纳米合金a保护层中，纳米合金a晶粒活性高，与铝基体制成混合体时，首先与铝化合，形成纳米尺度的过渡层，避免了铝晶界对碳纳米管的排斥与腐蚀，实现了铝与碳纳米管的有效结合；而且纳米合金a保护层增加了碳纳米管的密度、减小了碳纳米管与铝的密度差，避免了碳纳米管漂浮于铝表面，便于cnt/a均匀地分散在混合体中；
21.2)对所需原材料采用机械融合的方法，边加热边对cnt/a与铝进行加压搅拌糅合，实现了cnt/a与铝的均匀混合，增强效果显著，从而提高电力金具的整体性能；
22.3)工艺简单、易操作、高效、环保，适合进行产业化生产。
附图说明
23.图1为本发明实施例1中cnt/a的sem照片；
24.图2为本发明实施例1中坯件的sem照片；
25.图3为本发明实施例1中坯件的eds成分分析。
具体实施方式
26.下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件进行。实施例1
27.本实施例的制造过程如下：
28.s1，将100克碳纳米管(苏州第一元素，cntp)与156克混合金属粉末(铜：镁：硅：铁：铬：锰＝1.5：1.0：0.7：0.6：0.3：0.1)真空球磨1小时，将全部粉体置于放电等离子体烧结炉(sps
‑
hpd2)石墨腔体内，抽真空至1pa，直流脉冲电压10v、电流10ka至温度1350℃、保温30秒，制得cnt/a；图1为cnt/a的高分辨扫描电镜照片，可以看出纳米合金a保护层厚度约100nm，均匀包覆在碳纳米管表面。
29.s2，在氩气气氛保护下，将步骤s1制得的cnt/a全部加入到3750克纯铝液(熔融状态，温度约700℃)中，同时施加压力搅拌糅合约2h，至混合均匀，得到混合体；
30.s3，将混合体浇筑或挤压成坯，图2为坯件断面的高分辨扫描电镜照片，可以看出碳纳米管均匀分散在铝基体内；图3为坯件断面eds成分分析，可以看出混合金属粉末中各金属成分均匀分散在铝基体内；在1000t卧式挤压机上将坯料热挤压成棒材，挤压温度为460℃，挤压速率2mm/s，挤压比为18:1，挤压棒材直径为φ15mm；将挤压棒材在500℃下固溶处理4h，然后淬入室温水中，随后于200℃保温10h并空冷；最后进行表面抛光处理得到电力金具。
31.经检测该电力金具的性能参数如下：抗拉强度400mpa，维氏硬度80，密度2.6997g/cm3。
32.需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，
均仍属于本发明技术方案的范围内。


技术特征：
1.一种碳纳米管增强铝制电力金具的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：s1，超高真空状态下，采用蒸发或低压冷态溅射工艺在碳纳米管表面均匀沉积纳米合金a保护层，形成带有纳米合金a保护层的碳纳米管cnt/a；s2，将cnt/a加入到铝基体中，铝基体为粉体、半熔融体或熔融体形态，之后在半熔融或熔融状态下边加热边搅拌糅合均匀成混合体；s3，将混合体制成坯件后锻造或轧制，或直接浇筑铸造，得到碳纳米管增强铝制电力金具。2.根据权利要求1所述制造工艺，其特征是，碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中至少一种；碳纳米管纯度大于99％，直径为10～200nm，长度为5～20μm。3.根据权利要求1所述制造工艺，其特征是，纳米合金a包括钯、金、银、钪、钛、钒、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锡、铬、硅、磷中至少一种元素，纯度大于99％。4.根据权利要求1所述制造工艺，其特征是，铝基体的纯度大于99％。5.根据权利要求1所述制造工艺，其特征是，步骤s1中，超高真空状态的真空度为0.1～10pa。6.根据权利要求1所述制造工艺，其特征是，步骤s1中，蒸发温度为400～1500℃。7.根据权利要求1所述制造工艺，其特征是，步骤s1中，低压冷态溅射参数：压力20～40mbar，温度20～200℃。8.根据权利要求1所述制造工艺，其特征是，纳米合金a保护层的厚度为10～1000nm。9.根据权利要求1所述制造工艺，其特征是，步骤s2中，按重量比，cnt：a：al＝0.1～5.0:0.1～5.0:90.0～99.8。10.根据权利要求1所述制造工艺，其特征是，步骤s2在惰性气体气氛或真空环境中操作，半熔融或熔融的温度为400～1000℃。

技术总结
一种碳纳米管增强铝制电力金具的制造工艺，属于材料加工技术领域。该碳纳米管增强铝制电力金具的制造工艺，包括以下步骤：S1，超高真空状态下，采用蒸发或低压冷态溅射工艺在碳纳米管表面均匀沉积纳米合金A保护层，形成带有纳米合金A保护层的碳纳米管CNT/A；S2，将CNT/A加入到铝基体中，铝基体为粉体、半熔融体或熔融体形态，之后在半熔融或熔融状态下搅拌糅合均匀成混合体；S3，将混合体制成坯件后锻造或轧制，或直接浇筑铸造，得到碳纳米管增强铝制电力金具。本发明能够实现碳纳米管与铝基体的有效结合，得到增强的铝制电力金具。得到增强的铝制电力金具。得到增强的铝制电力金具。


技术研发人员：薛平 王金娥 董明
受保护的技术使用者：苏州第一元素纳米技术有限公司
技术研发日：2021.06.18
技术公布日：2021/9/9