本发明专利技术一种增强铝基复合材料的制备方法,涉及铝基合金,是用纳米碳管与微米氧化铝颗粒联合增强铝基复合材料的制备方法,步骤是:先制备负载镍催化剂的微米γ型氧化铝颗粒;再制备纳米碳管-微米氧化铝颗粒原位混合物;最后将纳米碳管与微米α型氧化铝颗粒的原位混合物与纯铝粉混合,经球磨、压制成块体和进行热挤压,最终制得纳米碳管与微米氧化铝颗粒联合增强铝基复合材料。本发明专利技术方法通过纳米碳管和微米氧化铝颗粒的原位复合,并利用纳米碳管和微米α型氧化铝颗粒联合增强相的特点,显著提高了铝基复合材料的力学性能,克服了现有技术中增强相的增强效果弱和制得的铝基复合材料的力学性能差的缺陷。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术,涉及铝基合金,是用纳米碳管与微米氧化铝颗粒联合增强铝基复合材料的制备方法,步骤是:先制备负载镍催化剂的微米γ型氧化铝颗粒;再制备纳米碳管-微米氧化铝颗粒原位混合物;最后将纳米碳管与微米α型氧化铝颗粒的原位混合物与纯铝粉混合,经球磨、压制成块体和进行热挤压,最终制得纳米碳管与微米氧化铝颗粒联合增强铝基复合材料。本专利技术方法通过纳米碳管和微米氧化铝颗粒的原位复合,并利用纳米碳管和微米α型氧化铝颗粒联合增强相的特点,显著提高了铝基复合材料的力学性能,克服了现有技术中增强相的增强效果弱和制得的铝基复合材料的力学性能差的缺陷。【专利说明】
本专利技术的技术方案涉及铝基合金,具体地说是。
技术介绍
铝及其合金具有密度小、导电导热性强、延展性好和可回收再生的诸多优点,在航空、航天、交通运输、包装容器和建筑装饰等行业得到了广泛应用,已成为全球工业发展必不可少的战略资源之一。但由于纯铝具有强度较低和热膨胀系数大等缺点,在用于制作工程
的结构零件时受到了限制。当结构零件要求铝材具有优良的综合性能时,一般要采用铝基复合材料。从性能角度而言,铝基复合材料与纯铝密度相近,热膨胀系数仅为铝的一半左右,强度为铝的1.5倍,刚度为铝的1.7倍,弹性模量为铝的1.4倍,使用温度可达400°C,因此,铝基复合材料是制作铝基结构零件的理想材料。铝基复合材料是以铝或铝合金为基体,以金属或非金属颗粒、晶须或纤维为增强相的非均质混合物。它在保持金属基复合材料普遍具备的高温性能好、比刚度高和尺寸稳定的优点的同时,又部分沿袭了纯铝密度低、导热性好和耐腐蚀性强的优势,还具有复合工艺相对简单和灵活多样的特点。因此,铝基复合材料在金属基复合材料中占主导地位,也成为各工业领域中广泛应用的功能材料。目前,关于改善铝基复合材料综合性能的研究已成为当前金属 基复合材料发展和研究工作的主流,各种新型铝基复合材料不断被研发。CN200710056691.7公开了原位合成碳纳米管/镍/铝增强增韧氧化铝基复合材料制备方法,所制备的碳纳米管与氧化铝之间的结合程度较弱,碳纳米管的合成效果不佳;CN200910309838.8披露了一种碳纳米管和硼酸铝晶须混杂增强铝基复合材料的制备方法,该方法无法避免碳纳米管和硼酸铝晶须在铝基复合材料中的团聚和偏聚分布,增强效果不佳,且对铝基复合材料结构和性能有不良影响,另一方面该方法采用液相法,易造成碳纳米管结构的破坏和增强相-基体不良界面反应的发生,影响了增强相的增强效果和铝基复合材料的力学性能;CN201110134858.3报道了碳纳米管-氧化铝复合增强镁基复合材料的制备方法,该方法工艺中,在合成碳纳米管后,碳纳米管与表面光滑的该种氧化铝颗粒仅能形成较弱的物理附着,不存在牢固的机械结合,使得后续复合材料制备过程中,碳纳米管易于从氧化铝颗粒表面剥离,从而碳纳米管和氧化铝颗粒只能各自独立地发挥增强相特性,此外该方法采用氮气作为载气,不利于保持反应过程中过渡族金属催化剂催化活性的持久发挥和碳纳米管纯度的提高,使得其间的碳纳米管合成效果不佳。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:提供,是用纳米碳管与微米氧化铝颗粒联合增强铝基复合材料的制备方法,通过纳米碳管和微米氧化铝颗粒的原位复合,并利用纳米碳管和微米α型氧化铝颗粒联合增强相的特点,显著提高了铝基复合材料的力学性能,克服了现有技术中增强相的增强效果弱和制得的铝基复合材料的力学性能差的缺陷。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是:,是用纳米碳管与微米氧化铝颗粒联合增强铝基复合材料的制备方法,具体步骤如下:第一步,制备负载镍催化剂的微米Y型氧化铝颗粒:按质量比为六水合硝酸镍:Y型氧化铝颗粒=0.05~0.60:1,将粒径为I~10 μ m的Y型氧化铝颗粒加入到用电磁搅拌器搅拌的摩尔浓度为0.005~0.15mol/L的六水合硝酸镍水溶液中,持续搅拌2~3h后,采用定性滤纸进行过滤,获得表面负载硝酸镍溶液的氧化铝颗粒,将其置于电热恒温干燥箱中于80~120°C干燥5~10h,将干燥后的负载硝酸镍的氧化铝颗粒置于石英舟中,将该石英舟置于管式炉的恒温区,以150~200mL/min的流速向该管式炉中通入氢气,然后将该管式炉升温至450~600°C,并在氢气气氛下煅烧还原I~3h,得到负载镍催化剂的微米Y型氧化铝颗粒。第二步,制备纳米碳管-微米氧化铝颗粒原位混合物:将第一步制得的负载镍催化剂的微米Y型氧化铝颗粒置于石英舟中,将该石英舟置于管式炉的恒温区,通过机械泵使管式炉的真空度达到-0.1MPa,而后以10~20mL/min的流速向该处于真空气氛的管式炉中缓慢通入氮气,当管式炉的真空度为零后,以150~350mL/min的流速向该管式炉中通入氮气,并将管式炉升温至1000~1300°C,而后将体积比为氮气:氢气:丙烷=10~15:10~15:1的混合气体以630~930mL/min的流量通入该管式炉中,在1000~1300°C下进行丙烷的催化裂解反应15~30min,之后关闭氢气和丙烷并调整氮气流量,使该管式炉在500~600mL/min流速的氮气气氛下冷却到250~300°C,开启该管式炉上侧炉膛,使管式炉自然冷却到室温,取出石英舟,在其中制得纳米碳管-微米氧化铝颗粒原位 混合物,更确切地说是纳米碳管与微米α型氧化铝颗粒的原位混合物,其中纳米碳管的质量百分含量为6.8~29.3%。第三步,纳米碳管与微米氧化铝颗粒联合增强铝基复合材料的制备:按质量比为纳米碳管与微米α型氧化铝颗粒的原位混合物:铝粉=0.01~0.10:1的比例,将第二步制得的纳米碳管与微米α型氧化铝颗粒的原位混合物与纯铝粉混合,然后采用行星式球磨机以100~150r/min的速度球磨0.5~2h,使用冷压模具将球磨后的粉末在450~550MPa压力下压制成块体,使用热挤压模具在450~500°C下对上述块体进行热挤压,最终制得的一种增强铝基复合材料是纳米碳管与微米氧化铝颗粒联合增强招基复合材料。上述,其中所涉及的原材料、设备和工艺均是本
的技术人员所熟知的。本专利技术的有益效果是:与现有技术相比,本专利技术方法的突出的实质性特点如下:(I)本专利技术方法是一种通过化学气相沉积法在氧化铝颗粒上合成纳米碳管,制备纳米碳管-氧化铝联合增强相进而增强铝基复合材料的方法,特别是本专利技术方法所用的氧化铝颗粒为微米氧化铝颗粒。化学气相沉积过程中作为催化剂载体的微米Y型氧化铝颗粒通过高温转变为微米α型氧化铝颗粒,同时所合成的碳纳米管与氧化铝颗粒形成牢固的物理结合,作为整体的增强相结构用于铝基体的增强。(2)本专利技术方法与现有技术CN200910309838.8的实质性区别在于:I) CN200910309838.8首先将碳纳米管和硼酸铝晶须进行湿法混合,而后将其制作成预制块,预制块经烘干、烧结后,将液态铝合金浇注到放有预制块的模具中后施加压力,制得碳纳米管和硼酸铝晶须混杂增强铝基复合材料。由CN200910309838.8
技术实现思路
和实施例可知,其对碳纳米管的分散是通过预制块制备过程中使碳纳米管和硼酸铝晶须二者分布均匀来实现的,并期望在复合过程中预制块中两种增强相的均匀分布状态得以保留。但众所周知,碳纳本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于:是用纳米碳管与微米氧化铝颗粒联合增强铝基复合材料的制备方法,具体步骤如下:第一步,制备负载镍催化剂的微米γ型氧化铝颗粒:按质量比为六水合硝酸镍:γ型氧化铝颗粒=0.05~0.60:1,将粒径为1~10μm的γ型氧化铝颗粒加入到用电磁搅拌器搅拌的摩尔浓度为0.005~0.15mol/L的六水合硝酸镍水溶液中,持续搅拌2~3h后,采用定性滤纸进行过滤,获得表面负载硝酸镍溶液的氧化铝颗粒,将其置于电热恒温干燥箱中于80~120℃干燥5~10h,将干燥后的负载硝酸镍的氧化铝颗粒置于石英舟中,将该石英舟置于管式炉的恒温区,以150~200mL/min的流速向该管式炉中通入氢气,然后将该管式炉升温至450~600℃,并在氢气气氛下煅烧还原1~3h,得到负载镍催化剂的微米γ型氧化铝颗粒;第二步,制备纳米碳管‑微米氧化铝颗粒原位混合物:将第一步制得的负载镍催化剂的微米γ型氧化铝颗粒置于石英舟中,将该石英舟置于管式炉的恒温区,通过机械泵使管式炉的真空度达到‑0.1MPa,而后以10~20mL/min的流速向该处于真空气氛的管式炉中缓慢通入氮气,当管式炉的真空度为零后,以150~350mL/min的流速向该管式炉中通入氮气,并将管式炉升温至1000~1300℃,而后将体积比为氮气:氢气:丙烷=10~15:10~15:1的混合气体以630~930mL/min的流量通入该管式炉中,在1000~1300℃下进行丙烷的催化裂解反应15~30min,之后关闭氢气和丙烷并调整氮气流量,使该管式炉在500~600mL/min流速的氮气气氛下冷却到250~300℃,开启该管式炉上侧炉膛,使管式炉自然冷却到室温,取出石英舟,在其中制得纳米碳管‑微米氧化铝颗粒原位混合物,更确切地说是纳米碳管与微米α型氧化铝颗粒的原位混合物,其中纳米碳管的质量百分含量为6.8~29.3%;第三步,纳米碳管与微米氧化铝颗粒联合增强铝基复合材料的制备:按质量比为纳米碳管与微米α型氧化铝颗粒的原位混合物:铝粉=0.01~0.10:1的比例,将第二步制得的纳米碳管与微米α型氧化铝颗粒的原位混合物与纯铝粉混合,然后采用行星式球磨机以100~150r/min的速度球磨0.5~2h,使用冷压模具将球磨后的粉末在450~550MPa压力下压制成块体,使用热挤压模具在450~500℃下对上述块体进行热挤压,最终制得的一种增强铝基复合材料是纳米碳管与微米氧化铝颗粒联合增强铝基复合材料。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员:李海鹏,于洋,赵秋艳,范佳薇,
申请(专利权)人:河北工业大学,
类型:发明
国别省市:天津;12
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。