專利名稱：一種添加碳納米管到金屬熔體中的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于制備金屬復合材料以及金屬熔煉加工領域，特別涉及添加碳納米管到 金屬熔體中制備金屬基復合材料或者細化金屬晶粒尺寸的加工工藝技術領域。
背景技術：
目前，碳納米管增強金屬基復合材料的制備工藝和方法主要是攪拌鑄造法和粉末 冶金法。粉末冶金法是把碳納管與微細純凈的金屬粉末進行機械混合以后，在模具中 壓制，然后加熱進行燒結(jié)，使增強相與金屬基體聚集成一體，制成金屬/碳納米管復合 材料的方法。粉末冶金法的優(yōu)點主要在于制備過程中金屬基體不必經(jīng)過全熔的髙溫狀 態(tài)，因而能夠避免鑄造法帶來的諸如強烈氧化，基體與碳納米管增強相界面處發(fā)生過 量反應等問題，而且碳納米管在基體內(nèi)分布均勻。粉末冶金法對基體金屬種類沒有限 制，可以任意改變增強物與基體的配比，制得高體積分數(shù)的碳納米管增強金屬基復合 材料。但是粉末冶金工藝設備復雜，成本較高，不易制備形狀復雜的零件。在生產(chǎn)過 程中存在粉末燃燒、爆炸等危險，不易大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。攪拌鑄造法是通過機械攪 拌或電磁攪拌把碳納米管加入到金屬熔體中，并使之在金屬基體中分散均勻的方法。 根據(jù)鑄造時金屬形態(tài)不同可分為全液態(tài)攪拌(即一邊攪拌金屬液， 一邊加入增強相)、 半固態(tài)攪拌鑄造(在半固態(tài)金屬熔體中一邊攪拌金屬液， 一邊加入增強相)和攪熔鑄造 (在半固態(tài)金屬中加入增強相，攪拌一定時間后再升溫至基體合金液相線溫度以上，并 再攪拌一定時間)三種。攪拌鑄造法設備簡單，生產(chǎn)效率髙，但鑄件氣孔較多，顆粒分 布不均勾，容易形成偏聚。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種具有上述兩種制備方法優(yōu)點的金 屬/碳納米管復合材料的制備工藝方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。 (1 )首先將碳納米管、金屬粉末和液態(tài)硬脂酸按碳納米管與金屬粉末的重量比例
為l: 10-2、硬脂酸與碳納米管和金屬粉體總重量比為1: 15-20的比例混合放進球磨 機里球磨，然后用50-80目不銹鋼篩網(wǎng)過篩，得到均勻混合料，再將該混合料加入到 預熱的模具中，保溫保壓，最后制得碳納米管/金屬復合壓塊；
(2)將碳納米管/金屬復合壓塊添加到金屬或合金液中，調(diào)整熔體溫度到澆鑄溫 度，澆鑄鑄件。
本發(fā)明所述的將碳納米管/金屬復合壓塊添加到金屬或合金液中，可以釆用現(xiàn)有技 術中的添加辦法，即可以將金屬或合金完全熔化，用鐘罩將碳納米管/金屬復合壓塊壓 入金屬液中并移動攪拌，直至碳納米管添加塊完全熔化在金屬液中；也可以將制成的 碳納米管/金屬復合壓塊直接放到金屬液中間包中，然后將爐中金嚴或合金液沖入該中 間包中，再澆鑄鑄件。本發(fā)明所述金屬粉末為鋁、鋅、硅鐵、鐵、鎳、鈷、鈦或稀土金屬中的一種或者 兩種以上。
本發(fā)明所述的金屬為鋁、鎂、鋅、銅、鈷、鐵、鑄鐵或鑄鋼等，包括可以熔融成
形的金屬；所述的合金為鋁合金、鎂合金、鋅合金、鐵合金、鎳合金或鈷合金等。
本發(fā)明所述碳納米管最好為多壁碳納米管。 本發(fā)明所述的澆鑄方法可以是重力鑄造，壓力鑄造，消失模鑄造，真空吸鑄等所
有鑄造方法。
本發(fā)明在制備金屬/碳納米管金屬基復合材料方面，有其獨特的優(yōu)點，其使添加難 分散，與金屬液不浸潤，納米尺寸的添加物工藝簡單，勞動條件好，制作成本低，生 產(chǎn)效率高，對基體金屬種類沒有限制，可以較靈活地改變碳納米管與基體的配比，制 得較高體積分數(shù)的碳納米管-金屬復合材料。而且提髙了碳納米管在金屬基體中的分散 程度。
具體實施例方式
本發(fā)明將通過以下實施例作進一步的描述。
實施例1:首先將配好的鋁粉、鋅粉、碳納米管，硬脂酸酒精溶液在球磨機里混 合處理20分鐘，用50目網(wǎng)篩分離磨球，得到制造碳納米管添加塊的混合料，把這混 合料放進預熱到80'C的模具中保溫保壓20分鐘取出，制成碳納米管/金屬復合壓塊。 在氬氣保護下熔煉AZ91鎂合金，當鎂金屬液溫度達到680X:時，撇去金屬熔體表面渣， 用鐘罩把碳納米管/鋁復合壓塊壓入鎂液中，加入0. 5 % ~ 1. 5 %的RJ - 2熔劑起精煉 和覆蓋作用，移動鐘罩緩慢攪拌約2-5分鐘。繼續(xù)加溫合金熔液到70(TC，加入0.5 % ~0.8%的六氯乙烷對鎂合金熔體進行精煉處理，隨后均勻撒上一層RJ-2熔劑，把 溫度降低到62(TC靜置10min后，釆用真空吸鑄法制得碳納米管增強鎂合金基復合材 料試樣。
實施例2:首先將配好的硅鐵粉、鐵粉、碳納米管，硬脂酸酒精溶液在高速球磨 機氬氣保護下混合處理30分鐘，用50目網(wǎng)篩分離磨球，得到制造碳納米管/金屬復合 壓塊的混合料，把這混合料放進預熱到80'C的模具中保溫保壓20分鐘取出，制成碳 納米管/金屬復合壓塊。在感應爐中熔煉45號鋼，當鋼液準備出爐時，把碳納米管/ 金屬復合壓塊預置在鋼水包底部，出鋼水，澆鑄鑄件，得到添加了碳納米管的鑄鋼件。
實施例3:首先將配好的硅鐵粉、鐵粉、碳納米管，硬脂酸酒精溶液在高速球磨 機氬氣保護下混合處理30分鐘，用50目網(wǎng)篩分離磨球，得到制造碳納米管/金屬復合 壓塊的混合料，把這混合料放進預熱到8(TC的模具中保溫保壓20分鐘取出，制成碳 納米管/金屬復合壓塊。在感應爐中熔煉45號鋼，當鋼液準備出爐時，把碳納米管/ 金屬復合壓塊預置在鋼錠模底部，出鋼水，澆鑄鑄錠，得到添加碳納米管的鋼錠。
實施例4:首先將配好的鋁粉、稀土粉、碳納米管，硬脂酸酒精溶液在慢速球磨 機里混合處理10小時，用50目網(wǎng)篩分離磨球，得到制造碳納米管/金屬復合壓塊的混 合料，把這混合料放進預熱到80'C的模具中保溫保壓2分鐘取出，制成碳納米管/金屬壓塊。熔煉ZLlo4銷合金，當合金液溫度達到700'C時，撇去金屬熔體表面渣，用 鐘罩將碳納米管添加塊壓入鋁液中，移動鐘罩緩慢攪拌約2-5分鐘。繼續(xù)加溫金屬熔 體到720匸，加入0.5%-0.8%的六氯乙烷對鎂熔體進行精煉處理，隨后把鋁液溫度 降到66(TC靜置10min后，用壓鑄機壓鑄出碳納米管/鋁合金基復合材料試樣。
權(quán)利要求
1、一種添加碳納米管到金屬熔體中的方法，其特征是首先將碳納米管、金屬粉末和硬脂酸按碳納米管與金屬粉末的重量比例為1∶10-2、硬脂酸與碳納米管和金屬粉體總重量比為1∶15-20的比例混合放進球磨機里球磨，然后用50-80目不銹鋼篩網(wǎng)過篩，得到均勻混合料，再將該混合料加入到模具中，加壓成形，獲得碳納米管/金屬復合壓塊；然后將碳納米管/金屬復合壓塊添加到金屬或合金液中，調(diào)整熔體溫度到澆鑄溫度，澆鑄鑄件。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述金屬粉末為鋁、鋅、硅鐵、鐵、鎳、 鈷、鈦或稀土金屬中的一種或者兩種以上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的金屬為銷、鎂、鋅、銅、鈷、鐵、 鑄鐵或鑄鋼；所述的合金為鋁合金、鎂合金、鋅合金、鐵合金、鎳合金或鈷合金。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征是所述碳納米管為多壁碳納米管。
全文摘要
一種添加碳納米管到金屬熔體中的方法，其特征是首先將碳納米管、金屬粉末和硬脂酸按碳納米管與金屬粉末的重量比例為1∶10-2、硬脂酸與碳納米管和金屬粉體總重量比為1∶15-20的比例混合放進球磨機里球磨，然后用50-80目不銹鋼篩網(wǎng)過篩，得到均勻混合料，再將該混合料加入到模具中，加壓成形，獲得碳納米管/金屬復合壓塊；然后將碳納米管/金屬復合壓塊添加到金屬或合金液中，調(diào)整熔體溫度到澆鑄溫度，澆鑄鑄件；本發(fā)明可使添加難分散，與金屬液不浸潤，工藝簡單，勞動條件好，制作成本低，生產(chǎn)效率高，對基體金屬種類無限制，可較靈活地改變碳納米管與基體的配比，提高了碳納米管在金屬基體中的分散程度。
文檔編號C22C1/10GK101565782SQ20091011545
公開日2009年10月28日 申請日期2009年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月31日
發(fā)明者周國華, 強 徐, 曾效舒, 丹 朱 申請人:南昌大學