一种超细高强单壁碳纳米管铝基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种超细高强单壁碳纳米管铝基复合材料，包括单壁碳纳米管为0.05wt％～0.2wt％，铝基体为99.8wt％～99.95wt％；其铝基体为铝合金的预合金粉，并通过称取单壁碳纳米管和铝基体原料在超声波分散混合均匀进行混合，经过压制、热压烧结和热挤压加工得到超细高强铝基复合材料；其低温预烧结导致铝合金颗粒不会长大，再经过挤压进一步提高致密度和强度，改善了碳纳米管分布的均匀性而具有优异的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种超细高强单壁碳纳米管铝基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及铝基复合材料
，特别涉及一种超细高强单壁碳纳米管铝基复合材料，以及该复合材料的制备方法。
技术介绍
在增强基复合材料
，铝合金基复合材料具有比强度和比模量高，热膨胀系数低，高温性能好的特点，且兼具有良好的耐疲劳性和耐磨性；同时铝合金基复合材料基体选择范围广、材料加工工艺成熟，具有优良的塑性成形性能，同时可热处理性能好，易于加工制备。已成为航空、航天及其他尖端技术部门研究发展的高性能材料的一个重要方向，也是近年来国内外新材料研究的热点之一。通过对铝合金基复合材料基体和增强相成分、含量、分布的优化设计，可以组合出特定的力学性能和物理性能，以满足不同产品性能的需求。变形铝合金7075铝合金作为一种典型的Al-Zn-Mg-Cu系强化型铝合金，具有比重小、强度高、加工性能好等特点，被广泛应用于航空航天等领域。该铝合金含有1％～8％的Zn元素和少量的Mg、Cr或Cu元素，为可热处理强化铝合金。可以通过时效后析出大量弥散强化相使合金得到强。挤压是一种典型的铝合金材料生产方法，已经被广泛用于生产铝合金管、棒、型、线材。挤压生产具有工艺灵活、操作简单、生产率高、材料受三向压应力有利于成形等优点。其7075铝合金可以作为高强铝基复合材料的基体，且单壁碳纳米管具有优异的力学性能，可以提高材料强度。但是，如何选择具体的材料配比、挤压过程也存在挤压比不能过大、挤压中变形不均匀等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种超细高强单壁碳纳米管铝基复合材料，其单壁碳纳米管作为增强相对7075铝基材料起增强作用，该复合材料通过热压烧结、热挤压加工的制备方法，从而形成超细高强单壁碳纳米管铝基复合材料；该方法为制备高性能铝基复合材料提供了一种性能稳定，工艺可控，可实现工业化的新方法和新思路。为了实现上述目的，本专利技术提供一种超细高强单壁碳纳米管铝基复合材料，包括：单壁碳纳米管为0.05wt％～0.2wt％，铝基体为99.8wt％～99.95wt％；其中，所述铝基体为7075铝合金，所述7075铝合金为预合金粉。所述预合金粉7075铝合金组分为：Si：≤0.4wt％；Zn：5.1～6.1wt％；Cu：1.2～2.0wt％；Mg：2.1～2.9wt％；Cr：0.18～0.28wt％；Mn：≤0.3wt％；Fe：≤0.5wt％；余量为Al。为了实现上述目的，本专利技术还提供制备该超细高强单壁碳纳米管铝基复合材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：S1原料混合，分别称取单壁碳纳米管为0.05wt％～0.2wt％，铝基体预合金粉为99.8wt％～99.95wt％为原料；将所述单壁碳纳米管和铝基体原料在超声波分散混合均匀，得到混合粉末；S2热压烧结，将步骤S1混合均匀的混合粉末进行压制和低温真空烧结，得到7075铝基复合材料的胚体；S3热挤压加工，将步骤S2得到的铝基复合材料胚体铝基复合材料胚体进行热挤压，得到超细高强铝基复合材料。优选的，步骤S1所述预合金粉的粒度选取范围为5微米～50微米；优选的，步骤S1中所述超声波的分散时间为60min～120min。优选的，步骤S1中所述混合的混合时间为60min～120min，所述混合为球磨混合，球磨30min～40min，停止30min～40min，循环2～3次，共球磨120min～150min。优选的，步骤S2中所述混合粉末进行压制压力100～150MPa；优选的，步骤S2中所述的热压烧结温度为450℃～500℃。优选的，步骤S3中所述的热挤压加工温度300℃～450℃，热挤压比3～10：1；优选的，所述热挤压加工道次为1～3次，每次热挤压变形量为10％～25％，该铝基复合材料胚体经过多道次的热挤压加工后，得到的复合材料内部组织进一步致密化，有利于得到组织均匀细小、性能优异的复合材料。相比于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术的超细高强单壁碳纳米管铝基复合材料，通过专门添加单壁碳纳米管(SCNTs)作为增强相，提高了复合材料的强度；其制备过程产生少量的Al4C3也有增强铝基体的作用，同时铝基体中较高含量的合金化元素Zn、Cu、Mg与少量Si容易形成第二相固溶强化或者固溶铝中弥散强化。2、本专利技术的超细高强单壁碳纳米管铝基复合材料，添加的单壁碳纳米管作为增强相，提高了复合材料的强度；低温预烧结导致铝合金颗粒不会长大，再经过挤压进一步提高致密度和强度，改善了碳纳米管分布的均匀性。本专利技术制备的7075铝基复合材料具有优异的综合性能，挤压力小。实验测试证明，本专利技术铝基复合材料的抗拉强度为600MPa～980MPa，延伸率5％～9％。附图说明图1为该超细高强单壁碳纳米管铝基复合材料制备方法流程图；图2为该超细高强单壁碳纳米管铝基复合材料的挤压比示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术作进一步的详细说明，以使本领域技术人员能够充分理解本专利技术的
技术实现思路
。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的超细高强单壁碳纳米管铝基复合材料以7075铝合金作为铝基的制备复合材料，通过添加较少的增强相单壁碳纳米管(SCNT)为0.05wt％～0.2wt％，而铝基体相7075铝合金为99.8wt％～99.95wt％。其中铝基体中7075铝合金粉末为预合金粉，该预合金粉依据下列组分配制而成，Si：≤0.4wt％；Zn：5.1～6.1wt％；Cu：1.2～2.0wt％；Mg：2.1～2.9wt％；Cr：0.18～0.28wt％；Mn：≤0.3wt％；Fe：≤0.5wt％；余量为Al。该单壁碳纳米管作为增强相，通过本专利技术专门的压制、粉末冶金、热挤压加工复合工艺制备，采用热挤压的方法二次成型，热挤压比3～30，加压温度350℃～450℃。有效提高铝基体的强度。其制备过程产生少量的Al4C3也有增强铝基体的作用，同时铝基体中的合金化元素Zn、Cu、Mg与少量Si形成第二相固溶强化或者固溶铝中弥散强化。本专利技术还提供了超细高强单壁碳纳米管铝基复合材料制备方法，该铝基复合材料的制备方法采用粉末冶金方法和热挤压加工的复合加工方法，单壁碳纳米管/7075铝基复合材料，包括如下步骤：a)将如下成分的原料混合，得到混合粉末：增强相单壁碳纳米管(SCNT)为0.05wt％～0.2wt％，基体为99.8wt％～99.95wt％，基体中铝合金粉末为预合金粉。b)将混合粉末进行压制和真空烧结，压制压力100～150MPa，烧结温度为450～500℃；c)将步骤b得到的铝基复合材料进行热挤压，热挤压比3～30，热挤压温度350～450℃，得到高性能的铝基复合材料。步骤a)为将原料混合的过程，为了使各种原料充分混合，采用球磨混合球磨30min停止30min共球磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超细高强单壁碳纳米管铝合金基复合材料，包括单壁碳纳米管为0.05wt％～0.2wt％，铝基体为99.8wt％～99.95wt％；所述铝基体为预合金粉。/n

【技术特征摘要】
1.一种超细高强单壁碳纳米管铝合金基复合材料，包括单壁碳纳米管为0.05wt％～0.2wt％，铝基体为99.8wt％～99.95wt％；所述铝基体为预合金粉。


2.根据权利要求1所述一种超细高强单壁碳纳米管铝合金基复合材料，其特征在于：所述单壁碳纳米管的管径1纳米～20纳米，长度0.5微米～30微米；所述预合金粉的平均粒度为5微米～50微米。


3.根据权利要求1或2所述一种超细高强单壁碳纳米管铝合金基复合材料，其特征在于：所述预合金粉组分为Si：≤0.4wt％；Zn：5.1～6.1wt％；Cu：1.2～2.0wt％；Mg：2.1～2.9wt％；Cr：0.18～0.28wt％；Mn：≤0.3wt％；Fe：≤0.5wt％；余量为Al。


4.根据权利要求3所述一种超细高强单壁碳纳米管铝合金基复合材料，其特征在于：所述预合金粉中还添加了0.1～0.2wt％的分散剂。


5.根据权利要求1～4任一项所述一种超细高强单壁碳纳米管铝合金基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1原料混合，分别称取单壁碳纳米管为0.05wt％～0.2wt％，铝基体预合金粉为99.8wt％～99.95wt％为原料；将所述单壁碳纳米管和铝基体原料在超声波分散混合均匀，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文雷，刘爱军，
申请(专利权)人：苏州阿罗米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32