一種高硅鋁-碳納米管中間合金的制備方法
【專利摘要】一種高硅鋁-碳納米管中間合金的制備方法，首先按碳納米管占原料總重量的6~10wt.%的比例，將鋁-硅合金粉末和碳納米管加入球磨機(jī)，在真空環(huán)境或惰性氣體保護(hù)下球磨，得到均勻混合粉末，再把混合粉末放入模具中，在室溫下冷等靜壓，接著在溫度為580~600℃、熱壓壓強(qiáng)為0~30MPa條件下，熱壓燒結(jié)20~35min，得高硅鋁-碳納米管中間合金；所述的Al-Si合金粉末中Si含量為合金重量的15~25wt.%。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于中間合金中CNTs表面形成的SiC包覆層提高了CNTs與合金熔體之間的潤濕性，所得合金中CNTs分散均勻，且工藝簡單，利于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種高硅鋁-碳納米管中間合金的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】。涉及納米增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]界面問題一直是碳納米管(CNTs)增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的核心問題。眾所周知，CNTs的表面張力極低，45.3mN/m，而鋁合金的表面張力約為800 mN/m。因此鋁合金與CNTs之間的潤濕性極差，CNTs與鋁合金原子之間的僅靠范德華力結(jié)合。解決碳纖維與鋁界面問題一般的方法是用鍍涂和氣相沉積技術(shù)在碳纖維表面得到涂層，涂層的主要目的是阻止纖維與基體間的反應(yīng)，同時(shí)提高潤濕性。許多學(xué)者采用在CNTs的表面鍍上一層幾至十幾納米厚度的Cu、N1、TiB、Al2O3等金屬或陶瓷材料。國外學(xué)者成功在通過Si粉與CNTs球磨后在真空感應(yīng)爐中1300°C下制得表面包覆SiC的CNTs，SiC層厚度約為10nm。然而，CNTs表面涂鍍的方法一般需要在真空、高溫的條件下才能實(shí)現(xiàn)。
[0003]Landry K等人發(fā)現(xiàn)在招或招合金中Al4C3 (Al+C(CNTs) — Al4C3)的形成能有效改善鋁熔體與CNTs之間的潤濕情況，Al/CNTs潤濕角由原來的160°降至~45°。但Al4C3的形成破壞了碳納米管的完整性，并且Al4C3為針狀脆性相，在基體中形成各易引起應(yīng)力集中，將嚴(yán)重影響復(fù)合材料的力學(xué)性能。Laha通過熱噴鍍法制成CNTs增強(qiáng)Al-23Si復(fù)合材料，熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果表明，在CNTs增強(qiáng)Al-23Si合金中，生成β-SiC的吉布斯自由能遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Al4C3的自由能，因此在Al-23Si合金中將優(yōu)先生成β -SiC相，并且其碳化物層的厚度根據(jù)
下列公式計(jì)算可得:《 = 。

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[0004]因此如何采用簡單穩(wěn)定安全的制備工藝，在提高鋁合金與CNTs之間潤濕性的同時(shí)，并阻止Al4C3針狀脆性相的生成，提高碳納米增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能，是目前研發(fā)制備碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料所面臨的主要難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種高硅鋁-碳納米管(Al-CNTs)中間合金的制備方法。該方法制備工藝簡單穩(wěn)定，用于制備碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，特別適用于招-娃(Al-S i)系合金。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007]首先按碳納米管占原料總重量的6~10wt.%的比例，將鋁-硅合金粉末和碳納米管加入球磨機(jī)，在真空環(huán)境或惰性氣體保護(hù)下球磨，得到均勻混合粉末，再把混合粉末放入模具中，在室溫下冷等靜壓，接著在溫度為58(T60(TC、熱壓壓強(qiáng)為(T30MPa條件下，熱壓燒結(jié)2(T35min，得高硅鋁-碳納米管中間合金。
[0008]本發(fā)明所述的Al-Si合金粉末中Si含量為合金重量的15~25wt.%。
[0009]本發(fā)明在制備碳納米管鋁基復(fù)合材料方面具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)鋁硅合金中硅含量≥15wt.%并且溫度為600K~1200Κ時(shí)，在CNTs的表面反應(yīng)生成的碳化物以SiC為主，而致密的SiC保護(hù)層的形成將阻止CNTs與合金中Si的反應(yīng)，因此SiC層的厚度只有0.5~Inm ;并且SiC的形成提高了 CNTs與合金熔體之間的潤濕性，利于CNTs在合金中均勻分散；碳納米管以中間合金的形式加入可以通過控制中間合金的加入量靈活改變復(fù)合材料中CNTs的含量。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于中間合金中CNTs表面形成的SiC包覆層提高了 CNTs與合金熔體之間的潤濕性，所得合金中CNTs分散均勻，工藝簡單，利于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實(shí)施實(shí)例I制得的高硅鋁-碳納米管(Al-CNTs)中間合金的顯微組織圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明將通過以下實(shí)施例作進(jìn)一步說明。
[0013]實(shí)施例1。
[0014]以Al_15Si合金粉末和CNTs作為原料(CNTs占原料總重量的6wt.%)，然后將配好的原料加入球磨機(jī)中真空球磨，得到均勻混合粉末，再把混合粉末放入模具中，在室溫下冷等靜壓，接著進(jìn)行熱壓燒結(jié)35min得高硅Al-CNTs中間合金，其中熱壓燒結(jié)溫度為580°C，熱壓壓強(qiáng)為25MPa。
[0015]實(shí)施例2。
[0016]以Al_25Si合金粉末和CNTs作為原料(CNTs占原料總重量的IOwt.%)，然后將配好的原料加入球磨機(jī)中惰性氣體保護(hù)下球磨，得到均勻混合粉末，再把混合粉末放入模具中，在室溫下冷等靜壓，接著進(jìn)行熱壓燒結(jié)30min得高硅Al-CNTs中間合金，其中熱壓燒結(jié)溫度為590°C，熱壓壓強(qiáng)為15MPa。
[0017]實(shí)施例3。
[0018]以Al_20Si合金粉末和CNTs作為原料(CNTs占原料總重量的8wt.%)，然后將配好的原料加入球磨機(jī)中 真空球磨，得到均勻混合粉末，再把混合粉末放入模具中，在室溫下冷等靜壓，接著進(jìn)行熱壓燒結(jié)20min得高硅Al-CNTs中間合金，其中熱壓燒結(jié)溫度為600°C，熱壓壓強(qiáng)為5MPa。
【權(quán)利要求】
1.一種高硅鋁-碳納米管中間合金的制備方法，其特征是首先按碳納米管占原料總重量的6~10wt.%的比例，將鋁-硅合金粉末和碳納米管加入球磨機(jī)，在真空環(huán)境或惰性氣體保護(hù)下球磨，得到均勻混合粉末，再把混合粉末放入模具中，在室溫下冷等靜壓，接著在溫度為580-600°C、熱壓壓強(qiáng)為0-30MPa條件下，熱壓燒結(jié)20-35min，得高硅鋁-碳納米管中間合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述的鋁-硅合金粉末中硅含量為合金重量的15~25wt.%。
【文檔編號】C22C47/14GK103924171SQ201410114197
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】閆洪, 邱鴻旭 申請人:南昌大學(xué)