碳纳米管增强铸造ZL105合金材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了碳纳米管增强铸造ZL105合金材料及制备方法，将ZL105原材料混合后加热到820～840℃至熔化得到ZL105合金熔融体；后冷却到570～590℃并加入碳纳米管得到碳纳米管ZL105合金熔融体；现将碳纳米管ZL105合金熔融体升温至760℃使熔融态合金完全呈液态后，除渣、静置、浇注并冷却后得到碳纳米管ZL105合金材料；再对碳纳米管ZL105合金材料进行热处理后得到成品。本发明专利技术采用特定的原材料比例并调整加工工艺，进一步提高后期碳纳米管在金属基体中均匀分散度和界面结合性，整个制备方法简单，流程短，得到的碳纳米管增强铸造ZL105合金材料界面结合良好、力学性能更加优良。力学性能更加优良。力学性能更加优良。

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管增强铸造ZL105合金材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及增强铝合金
，特别涉及碳纳米管增强铸造ZL105合金材料及制备方法。

技术介绍

[0002]铝合金材料由于其密度较低，比强度好等特性被广泛用于铸造、锻造等各类成形零件。碳纳米管现已被广泛用于铝基复合材料的增强体，可以通过原位合成、搅拌摩擦等方法制备出比铝基体材料性能更优异的CNTs
‑
Al复合材料。例如采用粉末冶金法制备碳纳米管增强2024Al基复合材料使复合材料屈服强度提升,采用夹层技术制备的CNTs
‑
Al复合材料，使材料的抗拉强度提高，且弹性模量也得到很大的改进。但是这些成形方法存在一定局限性，对于外形复杂的或者带有内腔的零部件则无法适应。而搅拌熔融铸造法具有方法成熟、操作方便等优点，可制备出满足工业生产要求的各类带有复杂腔体的零部件，但碳纳米管与铝基合金存在较差的界面湿润性和分散性等问题，采用熔融铸造法容易出现碳纳米管分散不均匀和碳纳米管与金属基体界面结合差的问题。因此，需要通过改变碳纳米管在基体中的润湿性、分散性，以实现复合材料界面的结合面积和结合作用力的增加，从而实现复合材料性能提升。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种碳纳米管与金属基体界面结合良好、力学性能优良的碳纳米管增强铸造ZL105合金材料及制备方法。
[0004]根据本专利技术的一个方面，提供了碳纳米管增强铸造ZL105合金材料的制备方法，包括以下步骤：
[0005]S1、制备ZL105合金熔融体：将固体原材料铝、铜、镁和硅混合后加热到820～840℃至熔化，搅拌精炼20～25min得到ZL105合金熔融体；
[0006]S2、制备碳纳米管ZL105合金熔融体：将ZL105合金熔融体冷却到570～590℃，向ZL105合金熔融体中加入碳纳米管，搅拌精炼5～8min得到碳纳米管ZL105合金熔融体；
[0007]S3、升温熔炼：将碳纳米管ZL105合金熔融体升温至760℃使熔融态合金完全呈液态后，加入除渣剂除渣，静置20min；
[0008]S4、浇注成型：将除渣后的碳纳米管ZL105合金熔融体浇注到模具中，冷却后得到碳纳米管ZL105合金材料；
[0009]S5、热处理：对步骤S4得到的碳纳米管ZL105合金材料进行热处理后得到最终的碳纳米管增强铸造ZL105合金材料。
[0010]进一步地，所述步骤S5中的热处理包括如下步骤：
[0011]S51、将碳纳米管ZL105合金材料进行固溶处理，所述固溶处理的温度为520～530℃，时间为4小时；
[0012]S52、将固溶处理后碳纳米管ZL105合金材料进行热水淬火处理，所述热水淬火处
理的温度为80℃，时间为2小时；
[0013]S53、将热水淬火处理后碳纳米管ZL105合金材料进行人工时效处理，所述人工时效处理的温度为180℃，时间为4小时。
[0014]作为一种优选方式，所述步骤S1中原材料以重量百分比计的配比为：铜1.0～1.5wt％、硅5.0～5.5wt％、镁0.5～0.6wt％、其余为铝。
[0015]作为一种优选方式，所述步骤S1中原材料以重量百分比计的配比为：铜1.3wt％、硅5.2wt％、镁0.6wt％、其余为铝。
[0016]作为一种优选方式，所述步骤S2中碳纳米管的加入量为ZL105合金熔融体总质量的0.5～1.5wt％。
[0017]作为一种优选方式，所述步骤S2中碳纳米管的加入量为ZL105合金熔融体总质量的0.75～1.25wt％。
[0018]作为一种优选方式，所述步骤S2中碳纳米管的管径为30～80nm，长度小于10um。
[0019]作为一种优选方式，所述步骤S2中碳纳米管的管径为5～15nm，长度为10～30um。
[0020]进一步地，在步骤S1和S2的搅拌精炼过程中通入氮气以隔绝空气。
[0021]根据本专利技术的另一个方面，提供了碳纳米管增强铸造ZL105合金材料，该合金材料由上述碳纳米管增强铸造ZL105合金材料的制备方法制备而成。
[0022]本专利技术的有益效果是：本专利技术以ZL105铝合金为载体，在熔融状态时采用搅拌铸造法制备碳纳米管增强铝基复合材料。首先将ZL105铝合金的各组分原材料进行高温熔炼，后冷却到一定温度后加入碳纳米管搅拌熔炼，后再进行升温熔炼。本专利技术通过采用特定的原材料比例调整加工工艺，可进一步提高后期碳纳米管在金属基体中均匀分散度和碳纳米管与ZL105合金基体界面结合性。整个制备方法简单，流程短，可使碳纳米管在ZL105合金基体中均匀分散，得到了碳纳米管与ZL105合金基体界面结合良好、力学性能更加优良的碳纳米管增强铸造ZL105合金材料。
附图说明
[0023]图1为本专利技术一实施方式的碳纳米管增强铸造ZL105合金材料的制备方法的工艺流程图；
[0024]图2为0～10号试样的抗拉强度变化曲线图；
[0025]图3为0～10号试样的伸长率变化曲线图；
[0026]图4为0～10号试样的硬度变化曲线图；
[0027]图5为0、4、5、9、10号试样的抗拉强度变化曲线图金相组织形貌图；
[0028]图6为0、4、5、9、10号试样断口形貌图；
[0029]图7试样9断口形貌局部放大图；
[0030]图8为试样9切片减薄扫描电镜图及EDS图；
[0031]图9为试样9的E点透射电镜。
具体实施方式
[0032]实施例1
[0033]图1示意性地显示了根据本专利技术一实施方式的碳纳米管增强铸造ZL105合金材料
的制备方法的工艺流程。
[0034]参照图1，碳纳米管增强铸造ZL105合金材料的制备方法，包括以下步骤：
[0035]S1、制备ZL105合金熔融体：将固体原材料铝、铜、镁和硅混合后加热到820～840℃，待各组分全部熔化后，通入氮气以隔绝空气，搅拌精炼20～25min得到ZL105合金熔融体；
[0036]其中，固体原材料以重量百分比计的配比为：铜1.0～1.5wt％、硅5.0～5.5wt％、镁0.5～0.6wt％、其余为铝。
[0037]S2、制备碳纳米管ZL105合金熔融体：将ZL105合金熔融体冷却到570～590℃，向ZL105合金熔融体中加入碳纳米管，通入氮气以隔绝空气，持续搅拌精炼5～8min得到碳纳米管ZL105合金熔融体；碳纳米管的加入量为ZL105合金熔融体总质量的0.5～1.5wt％，优选为ZL105合金熔融体总质量的0.75～1.25wt％。
[0038]S3、升温熔炼：将碳纳米管ZL105合金熔融体升温至760℃使熔融态合金完全呈液态后，加入除渣剂除渣，静置20min；
[0039]S4、浇注成型：将除渣后的碳纳米管ZL105合金熔融体浇注到模具中，冷却后得到碳纳米管ZL105合金材料；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.碳纳米管增强铸造ZL105合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备ZL105合金熔融体：将固体原材料铝、铜、镁和硅混合后加热到820～840℃至熔化，搅拌精炼20～25min得到ZL105合金熔融体；S2、制备碳纳米管ZL105合金熔融体：将ZL105合金熔融体冷却到570～590℃，向ZL105合金熔融体中加入碳纳米管，搅拌精炼5～8min得到碳纳米管ZL105合金熔融体；S3、升温熔炼：将碳纳米管ZL105合金熔融体升温至760℃使熔融态合金完全呈液态后，加入除渣剂除渣，静置20min；S4、浇注成型：将除渣后的碳纳米管ZL105合金熔融体浇注到模具中，冷却后得到碳纳米管ZL105合金材料；S5、热处理：对步骤S4得到的碳纳米管ZL105合金材料进行热处理后得到最终的碳纳米管增强铸造ZL105合金材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S5中的热处理包括如下步骤：S51、将碳纳米管ZL105合金材料进行固溶处理，所述固溶处理的温度为520～530℃，时间为4小时；S52、将固溶处理后碳纳米管ZL105合金材料进行热水淬火处理，所述热水淬火处理的温度为80℃，时间为2小时；S53、将热水淬火处理后碳纳米管ZL105合金材料进...

【专利技术属性】
技术研发人员：李荣，曾琦，潘志霖，
申请(专利权)人：贵阳华恒机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：