一種鍍鎳碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬復(fù)合材料領(lǐng)域，具體是指一種鍍鎳碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬基復(fù)合材料有著傳統(tǒng)金屬材料的優(yōu)良性能，添加增強相后可以克服傳統(tǒng)金屬 材料的性能局限性。鋁基復(fù)合材料有著質(zhì)量輕，強度高，耐磨耐腐蝕，導(dǎo)電導(dǎo)熱性好和熱膨 脹系數(shù)低等優(yōu)點，廣泛地應(yīng)用在航天航空，汽車制造，電子儀器等工業(yè)領(lǐng)域。碳納米管作為 鋁基復(fù)合材料的一種常見增強相，如何利用碳納米管高性能的鋁基復(fù)合材料成為今年來國 內(nèi)外研究的熱點。
[0003] 碳納米管在鋁基體中的分散性是影響復(fù)合材料性能的重要因素之一。碳納米管增 強鋁基復(fù)合材料制備方法有熱噴涂法、攪拌鑄造法和擠壓鑄造法等。其中熱噴涂法是把熔 化或半熔化的碳納米管顆粒以高速噴射的方式直接在基板沉積形成致密涂層，但是這一方 法的工藝中溫度很高，容易導(dǎo)致碳納米管表層碳化，影響碳納米管的優(yōu)良性能。攪拌鑄造法 是將碳納米管和液態(tài)鋁進行攪拌混合，最后使整個混合體進行凝固，該方法雖工藝簡單，但 是鋁對碳納米管的潤濕性很差，復(fù)合材料凝固后，碳納米管與鋁基體會出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn) 象，對復(fù)合材料的力學(xué)性能會有極大的影響。擠壓鑄造法是通過先制備的預(yù)制件，將熔融下 的鋁液浸漬預(yù)制件中，最后通過壓實，該工藝由于高壓凝固和塑性變形同時存在，制件無縮 孔、縮松等缺陷，但這種工藝沒能有效地分散碳納米管，導(dǎo)致其在基體中會有明顯的團聚現(xiàn) 象，對復(fù)合材料的性能有很大的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是根據(jù)上述不足提供一種鍍鎳碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的制備 方法，該方法利用對碳納米管鍍鎳的方式解決碳納米管在鋁基體中分散性和潤濕性的問 題，提尚碳納米管增強錯基復(fù)合材料的性能。
[0005] 本發(fā)明是通過以下方式實現(xiàn)的：一種鍍鎳碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的制備方 法，其步驟包括：
[0006] (1)將碳納米管外鍍鎳，得到鎳包覆的碳納米管；
[0007] (2)將鋁粉或鋁合金粉、質(zhì)量百分數(shù)為鋁粉或鋁合金粉的0. 5-4. 0 %的鎳包覆的 碳納米管、質(zhì)量百分數(shù)為鋁粉或鋁合金粉的〇. 5-2. 0%的過程控制劑混合球磨，得到復(fù)合粉 體；
[0008] (3)將復(fù)合粉體封裝在金屬包套內(nèi)，升溫至400_620°C后進行乳制，得到復(fù)合材料 坯料；
[0009] (4)再剝離金屬包套，去除毛邊后得到所述鍍鎳碳納米管增強鋁基復(fù)合材料。
[0010] 優(yōu)選的，所述步驟（1)中的鍍鎳是先將羧基化碳納米管放入鎳鹽溶液中浸泡吸附 鎳離子，然后將吸附的鎳離子還原成鎳單質(zhì)作為形核核心，最后在化學(xué)鍍液中施鍍，得到所 述鎳包覆的碳納米管。
[0011] 優(yōu)選的，所述吸附鎳離子用的鎳鹽溶液是硫酸鎳或氯化鎳的水溶液，濃度為 0? 1-0. 8mol/L，所述浸泡的時間為 10min_30min。
[0012] 優(yōu)選的，所述將吸附的鎳離子還原成鎳單質(zhì)是用強還原劑還原，所述強還原劑為 硼氫化鉀、硼氫化鈉中的任意一種，濃度為〇. 4-4.Omol/L，所述還原的時間為20-30min。[0013] 優(yōu)選的，所述將吸附的鎳離子還原成鎳單質(zhì)是在化學(xué)鍍液中進行，所述化學(xué)鍍液 中包括絡(luò)合劑、緩沖劑、弱還原劑和鎳鹽；所述絡(luò)合劑為檸檬酸鈉、H)TA二鈉鹽或三乙醇 胺中的任意一種，所述緩沖劑為醋酸鈉或氯化銨中的任意一種，所述弱還原劑為甲醛、乙酚 酸、二甲基乙酰胺酸或次亞磷酸鈉中的任意一種，所述鎳鹽為硫酸鎳或氯化鎳。該化學(xué)鍍液 為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的常規(guī)配方。
[0014] 優(yōu)選的，所述羧基化碳納米管為多壁碳納米管，管徑為0.4-150nm。
[0015] 優(yōu)選的，所述步驟（2)中的鋁粉是指純鋁粉，鋁合金粉是指鋁-硅系、鋁-鎂系、 鋁-銅系、鋁-鋅系或稀土鋁合金粉，鋁粉或鋁合金粉的粉體顆粒平均粒徑為50nm-100ym。
[0016] 優(yōu)選的，所述步驟（2)中的過程控制劑為硬脂酸、硬脂酸鋰、硬脂酸鋅、石蠟、甲 醇、乙醇、硅油、油酸、纖維素中的任意一種。
[0017] 優(yōu)選的，所述步驟⑵中的球磨是指行星式球磨或攪拌球磨，球料比為 10/1-40/1，轉(zhuǎn)速為100-500轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時間為4-8小時。
[0018] 優(yōu)選的，所述步驟（3)中的金屬包套是銅或鐵管狀薄壁型材中；所述升溫至 400-620°C是先在400-620°C下預(yù)熱0. 5-6小時后再乳制，乳制壓力為100-700MPa，下乳量 為 0?lmm-5cm〇
[0019] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0020] 本發(fā)明使用了鍍鎳碳納米管對鋁基復(fù)合材料的界面進行改善，相對于傳統(tǒng)的碳納 米管增強鋁基復(fù)合材料，鍍鎳碳納米管可以避免碳納米管與鋁基體之間的高溫界面反應(yīng)， 同時還可以提高碳納米管與鋁基體之間的潤濕性。并且，鍍鎳碳納米管增強鋁基復(fù)合材料 制備過程中，碳納米管表面鎳層能夠與鋁基體反應(yīng)生成金屬間化合物，提高碳納米管與鋁 基體的界面結(jié)合強度，從而提高復(fù)合材料力學(xué)性能。同時，使用鍍鎳碳納米管與粉末球墨熱 乳相結(jié)合工藝，更有效地解決了碳納米管在鋁基體中的均勻分散性。另外本發(fā)明的鍍鎳方 式工藝簡單，成本低，適用于工業(yè)化生產(chǎn)，具有很強的實用性。
【附圖說明】
[0021] 圖1為實施例1鍍鎳碳納米管增強鋁基復(fù)合材料1的斷口形貌的掃描電子顯微鏡 照片；
[0022] 圖2為實施例1鍍鎳碳納米管增強鋁基復(fù)合材料1的鍍鎳碳納米管在斷口處斷裂 形貌的掃描電子顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0023] 以下結(jié)合具體實施例及附圖進一步說明本發(fā)明：
[0024] 實施例1
[0025] -種鍍鎳碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其步驟包括：
[0026] (1)將管徑為IOOnm的多壁羧基化碳納米管放入濃度為0? 2mol/L的NiSO4溶液 中浸泡lOmin，讓羧基化碳納米管的表面吸附Ni2+，浸泡完畢后用去離子水清洗；將表面 吸附Ni2+的碳納米管放入0. 4mol/L的KBH4溶液中，在超聲波分散環(huán)境下，還原20min，將 吸附的鎳離子還原成鎳單質(zhì)，隨后用去離子水清洗；將附有鎳單質(zhì)的碳納米管放入含有 NiSO4 ? 6H20 25g/L，NaHPO2 ?H2O20g/L，Na2C6H5O7 ? 2H20 20g/L，NaAc(無水）5g/L，pH為 6.O 的200ml的燒杯中，置于80°C恒溫油浴鍋中，施鍍30min得到鎳包覆的碳納米管；
[0027] (2)將平均粒徑為20微米的純鋁粉40g、占鋁粉質(zhì)量百分數(shù)為2. 0%的鎳包覆的碳 納米管0. 8g，和占鋁粉質(zhì)量百分數(shù)為0. 5 %的過程控制劑硬脂酸0. 2g三者進行混合，采用 行星式球磨工藝，球料比為10/1，轉(zhuǎn)速為300rpm/min，球磨時間8小時，制得復(fù)合粉體；
[0028] (3)將復(fù)合粉體封裝在銅管狀薄壁材料包套內(nèi)，先在450°C下預(yù)熱2小時后再乳 制，乳制壓力為300MPa，下乳量為2cm，得到復(fù)合材料坯料；
[0029] (4)再剝離金屬包套，去除毛邊后得到所述鍍鎳碳納米管增強鋁基復(fù)合材料1。
[0030] 實施例2
[0031] -種鍍鎳碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其步驟包括：
[0032] (1)將管徑為80nm的多壁羧基化碳納米管放入濃度為0?lmol/L的NiCl2溶液中 浸泡30min，讓羧基化碳納米管的表面吸附Ni2+，浸泡完畢后用去離子水清洗；將表面吸附 Ni2+的碳納米管放入4mol/L的KBH4溶液中，在超聲波分散環(huán)境下，還原20min，將吸附的鎳 離子還原成鎳單質(zhì)，隨后用去離子水清洗；將附有鎳單質(zhì)的碳納米管放入含有NiCl2 ? 6H20 25g/L，NaHPO2 ?H2O20g/L，Na2C6H5O7 ? 2H20 20g/L，NaAc(無水）5g/L，pH為 6. 0 的 200ml的 燒杯中，置于80°C恒溫油浴鍋中，施鍍30min得到鎳包覆的碳納米管；
[0033] (2)將平均粒徑為20微米的鋁-銅粉40g、占鋁粉質(zhì)量百分數(shù)為0. 5%的鎳包覆的 碳納米管0. 2g，和占鋁粉質(zhì)量百分數(shù)為0. 5%的過程控制劑硅油0. 2g三者進行混合，采用 行星式球磨工藝，球料比為20/1，轉(zhuǎn)速為100rpm/min，球磨時間4小時，制得復(fù)合粉體；
[0034] (3)將復(fù)合粉體封裝在銅管狀薄壁材料包套內(nèi)，先在400°C下預(yù)熱6小時后再乳 制，乳制壓力為700MPa，下乳量為5cm，得到復(fù)合材料坯料；
[0035] (4)再剝離金屬包套，去除毛邊后得到所述鍍鎳碳納米管增強鋁基復(fù)合材料2。
[0036] 實施例3
[0037] -種鍍鎳碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其步驟包括：
[0038] (1)將管徑為150nm的多壁羧基化碳納米管放入濃度為0? 8mol/L的NiSO4溶液中 浸泡20min，讓羧基化碳納米管的表面吸附Ni2+，浸泡完