一种碳纳米管增强镁镍基非晶复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种碳纳米管增强儀镶基非晶复合材料及其制备方法，属于金属合金 复合材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 汽车和航天航空等工业的迅速发展对轻量化合金提出了更高要求，轻量化要求轻 金属合金具有高强度和高初性。由于具有不同于晶体的特殊原子排列结构，非晶材料表现 出传统材料无法实现的超高比强、超高耐蚀性、低热膨胀系数等特异性能。加之非晶态材料 具有优异的过冷液态精密成型性，可W实现复杂形状零部件的短流程精密加工，受到研究 者广泛关注。作为高性能轻质材料，块体非晶在航天飞行器等尖端领域具有极大的应用潜 力。当今，围绕非晶材料的基础研究主要集中在非晶态结构的本质与成分设计、非晶态材料 强初化、非晶态材料超塑性加工与精密成形等方面。与其它合金系非晶合金相比，儀基块体 非晶合金质量轻、价格便宜，是高比强度合金的优秀候选者，应用前景广阔。目前，儀基块体 非晶合金的研究主要集中在W Mg-化-RE(RE为稀±等）为主的含铜体系。一方面，虽然已 开发出了大量Mg-化系块体非晶合金成分，但该个体系非晶合金中儀含量较低，一般低于 65at. %，弱化了儀合金低密度的优势。研究表明，非晶态的儀镶系合金具有优异的储氨性 能和电化学性能。很多研究者在儀镶基非晶合金材料的制备及性能方面做了大量研究，并 取得了很好的成果。然而，儀基块体非晶几乎是所有非晶态合金中脆性最高者，报道显示， Mg基非晶材料的断裂初性Ki。低至2. OMPa ?m I/2,接近理想的脆性娃酸盐玻璃，成为进一步 应用的瓶颈问题。因此，研究Mg基非晶材料增初机制不仅有利于提高Mg基非晶材料本身 的强初性。同时也为研究脆性材料断裂和增初等基础问题提供了理想模型。
[0003] 研究者发现，可W利用外加第二相来阻碍剪切带的扩展，促进多重剪切带的形成， 从而增强非晶材料的强初性。与其它增强相相比，碳纳米管具有非常优异的综合性能，是理 想的第二相。碳纳米管是中空无缝管状结构，具有较低的密度（1.35g/cm 3左右）和良好的 结构稳定性；热稳定性强，在973K W下温度，碳纳米管在空气中基本不发生变化；理论计算 表明，碳纳米管的弹性模量平均为1. 8Wa，抗拉强度为钢的100倍（是高强度碳纤维的20 多倍），弯曲强度为14. 2GPa。碳纳米管已经被作为增强相，在化基、A1基、化基和Ni基等 晶态复合材料中进行了大量研究。
[0004] 因此，开发出高强初性的碳纳米管增强Mg基非晶复合材料具有重要的研究意义。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提出一种碳纳米管增强儀镶基非晶复合材料及其制备方法，通过 添加碳纳米管，制备儀基块体非晶复合材料，W克服目前儀基非晶合金初性太低的问题，丰 富非晶合金成分系，得到具有高非晶形成能力、高强度和较高初性的非晶复合材料。
[0006] 本发明提出的碳纳米管增强儀镶基非晶复合材料，WMg-Ni为主要元素，其成分 为（碳纳米管）x-(Mg脚Nil日GcUAg日其中X为碳纳米管的体积百分比，X = 1~10。
[0007] 本发明提出的碳纳米管增强儀镶基非晶复合材料的制备方法，包括W下步骤：
[000引 （1)将金属Ni、Gd和Ag按照质量百分比28. 4% : 50. 7% : 20. 9%称量后，相互混 合，在纯度为99. 99%的高纯氣气保护气氛中2700°C下烙炼30秒，保护气氛压力为0. 8个 大气压，边烙炼边电磁揽拌，W保证合金均匀性，冷却得到成分为NiuGdi/ge的=元中间合 金锭；
[0009] 似将上述步骤（1)得到的S元中间合金锭破碎后与相应质量的金属Mg相混合， 在感应炉中烙炼得到成分为MgegNiigGdi/ge的母合金锭；
[0010] 做将上述步骤似制备的母合金锭磨成粒径小于或等于1毫米的合金粉末，将合 金粉末与碳纳米管颗粒相混合，碳纳米管颗粒所占的体积比为1~10%，通过揽拌和超声 振动，使合金粉末和碳纳米管颗粒混合均匀，得到混合物；
[0011] (4)将步骤做的混合物在10个大气压下压制成块体，将块体在800°C烙炼20 秒，得到混合烙体，将混合烙体压铸到金属型腔中，压力为0. 5MPa，得到成分为（碳纳米管） X- (MgegNii日GdioAge) 100-X的碳纳米管儀基块体非晶复合材料。
[0012] 本发明提出的碳纳米管增强儀镶基非晶复合材料的制备方法，其优点是，用本发 明方法制备的儀镶基非晶复合材料，具有高非晶形成能力，比单纯的Mg基非晶合金具有更 高的强度和更好的初性等优点，使儀基块体非晶复合材料在新型轻质结构材料等领域具有 广阔的应用前景。
【附图说明】
[001引图1是对比例MgesNiisGcUAge非晶合金和本发明提出的（碳纳米管） x-(Mg69Nil5Gdl。Ag6)l。。_x非晶复合材料的X射线衍射分析图谱，其中X=l-4。
[0014] 图2是对比例MgesNiisGcUAge非晶合金和本发明提出的（碳纳米管） 广(Mge9Nii5Gdi〇Age)i〇〇_x非晶复合材料的差示扫描量热仪分析曲线，其中X = 1-4。
[0015] 图3是本发明实施例中碳纳米管在复合材料中的存在状态示意图。
[0016] 图4是对比例MgegNiisGdi/ge非晶合金和本发明方法制备的（碳纳米管） 广曲肖69叫剧1/肖6)1。。_^狂=1-4)非晶复合材料的应力-应变曲线对比图。
【具体实施方式】
[0017] 本发明提出的碳纳米管增强儀镶基非晶复合材料，WMg-Ni为主要元素，其成分 为（碳纳米管）x-(Mg69Nii5Gdi〇Age)i〇〇_x，其中X为碳纳米管的体积百分比，X = 1~10。其中 各金属元素的纯度不低于99. 9%，碳纳米管为化学气相沉积法制备，多壁型，纯度在95% 社。
[0018] 本发明提出的碳纳米管增强儀镶基非晶复合材料的制备方法，包括W下步骤：
[0019] (1)将金属Ni、Gd和Ag按照质量百分比28. 4% : 50. 7% : 20. 9%称量后，相互混 合，在纯度为99. 99%的高纯氣气保护气氛中2700°C下烙炼30秒，保护气氛压力为0. 8个 大气压，边烙炼边电磁揽拌，W保证合金均匀性，冷却得到成分为NiuGdi/ge的=元中间合 金锭；
[0020] 似将上述步骤（1)得到的S元中间合金锭破碎后与相同质量的金属Mg相混合， 在感应炉中烙炼得到成分为MgegNiigGdi/ge的母合金锭；
[002U 做将上述步骤似制备的母合金锭磨成粒径小于或等于1毫米的合金粉末，将合 金粉末与碳纳米管颗粒相混合，碳纳米管颗粒所占的体积比为1~10%，通过揽拌和超声 振动，使合金粉末和碳纳米管颗粒混合均匀，得到混合物；
[0022] (4)将步骤（3)的混合物在10个大气压下压制成块体，将块体在800°C烙炼20 秒，得到混合烙体，将混合烙体压铸到金属型腔中