沉積處理，以提高其在鋁熔體中的潤(rùn)濕性，并使密度與鋁熔體相當(dāng)，避免CNTs在熔體中漂浮或沉降；所述步驟(3)中，CNTs箔的加入量為待增強(qiáng)改性的鋁合金基體重量的0.5-2.0% ;步驟(4)中鋁合金熔液溫度控制在710?760°C;步驟(5)中選擇電磁場(chǎng)頻率為10?100Hz，安匝數(shù)為2000?5000AN ;選擇超聲波功率為250?2000W，頻率為10?50KHz ;三相電流產(chǎn)生電磁場(chǎng)在鋁熔體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流與交變磁場(chǎng)相互作用形成的電磁體力起到周向攪拌熔體作用；高能超聲波在熔體介質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生周期性應(yīng)力和聲壓，產(chǎn)生聲空化和聲流效應(yīng)等，可以在極短時(shí)間內(nèi)顯著改善微細(xì)顆粒與熔體的潤(rùn)濕性，減少熔體中氣孔間隙，并迫使其在熔體中均勻分散；超聲桿可在熔體中上下運(yùn)動(dòng)，從而擴(kuò)大了超聲場(chǎng)的作用范圍。
[0020]如圖2及圖3所示，本發(fā)明中所述的攪拌爐包括爐體、浸沒式加熱器1、攪拌爐內(nèi)襯2，超聲桿3，測(cè)溫電偶4，保護(hù)氣管5，電磁線圈6，浸沒式加熱器I貫穿爐體和攪拌爐內(nèi)襯2底部，插入攪拌爐內(nèi)襯2內(nèi)，用于對(duì)熔體進(jìn)行加熱，超聲桿3和測(cè)溫電偶4豎直插入攪拌熔體中，保護(hù)氣管5設(shè)置于爐體的開口處，電磁線圈6設(shè)置于爐體的外壁。
實(shí)施例
[0021]以制備1%碳納米管增強(qiáng)6061鋁合金基體復(fù)合材料為例。
[0022](I)首先采用浮游催化劑化學(xué)氣相沉積法在鋁箔帶上連續(xù)生長(zhǎng)定向CNTs ; (2)在CNTs其表面連續(xù)電化學(xué)沉積Ni或Cu金屬層對(duì)碳納米管進(jìn)行表面改性，提高其在金屬熔體中的潤(rùn)濕性能，同時(shí)改變其比重，確保了添加CNTs在外場(chǎng)攪拌下能夠較短時(shí)間獲得分散均勻效果；(3)按6061鋁合金基體與CNTs箔質(zhì)量之和的1%稱量CNTs箔，添加到攪拌爐內(nèi)；
(4)將6061鋁合金在熔煉爐內(nèi)完成熔化精煉，熔體溫度在730°C轉(zhuǎn)注到攪拌爐內(nèi)。(5)對(duì)CNTs加強(qiáng)6061鋁合金基體進(jìn)行攪拌，攪拌爐內(nèi)熔體溫度控制在700°C左右，如圖2所示，攪拌爐內(nèi)襯2底部安裝浸沒式加熱器I對(duì)熔體加熱，溫度采用熱電偶4實(shí)時(shí)監(jiān)控；爐內(nèi)由保護(hù)氣管5通氬氣保護(hù)，防止攪拌過程中熔體過度氧化；爐內(nèi)靠近內(nèi)襯2壁處設(shè)置超聲桿3產(chǎn)生超聲場(chǎng)，功率2000W，頻率50KHz，利用超聲波空化和聲流效應(yīng)改善攪拌過程中CNTs增強(qiáng)體在鋁熔體中的分散性，進(jìn)一步提高其潤(rùn)濕性，減少CNTs在內(nèi)襯2壁上的附著，聲流場(chǎng)攪拌熔體7，熔體輕微上下運(yùn)動(dòng)；超聲桿3在攪拌過程中上下運(yùn)動(dòng)，有效增加超聲場(chǎng)的作用范圍；爐外如圖3所示設(shè)置三組電磁線圈，連接三相交流電源，頻率為50Hz，安匝數(shù)為5000AN，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)攪拌熔體8，熔體在爐內(nèi)周向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)CNTs增強(qiáng)體在6061鋁合金基體內(nèi)分散潤(rùn)濕。復(fù)合攪拌時(shí)間為30mins，使CNTs增強(qiáng)體均勻分散在熔體中，完成增強(qiáng)顆粒和基體熔體的均勻復(fù)合過程；(6)攪拌完成后，采用半連續(xù)鑄造方法，鑄造溫度為680°C，鑄造速度為80mm/min，冷卻水量2立方米/小時(shí)，制備出Φ 178mm碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的鑄錠。
[0023]通過以上描述可以看出，(I)本發(fā)明碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制備方法，其增強(qiáng)相CNTs狀態(tài)是包覆鋁和Ni/Cu金屬層的無團(tuán)聚或纏繞的CNTs箔帶或桿。浮游催化劑化學(xué)氣相沉積法獲得鋁箔帶上連續(xù)生長(zhǎng)的定向CNTs，其本身無團(tuán)聚或纏繞；并在其表面連續(xù)電化學(xué)沉積Ni或Cu金屬層對(duì)碳納米管進(jìn)行表面改性，提高其在金屬熔體中的潤(rùn)濕性能，同時(shí)改變其比重，保了添加CNTs在外場(chǎng)攪拌下能夠較短時(shí)間獲得分散均勻效果。
[0024](2)攪拌爐中載著增強(qiáng)相的熔體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和超聲場(chǎng)耦合作用下攪拌:三相電流產(chǎn)生電磁場(chǎng)在鋁熔體介質(zhì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流與交變磁場(chǎng)相互作用形成的電磁體力起到周向攪拌熔體作用；高能超聲波在熔體介質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生周期性應(yīng)力和聲壓，產(chǎn)生聲空化和聲流效應(yīng)等，可以在極短時(shí)間內(nèi)顯著改善微細(xì)顆粒與熔體的潤(rùn)濕性，減少熔體中氣孔間隙，并迫使其在熔體中均勻分散，同時(shí)超聲桿在熔體中上下運(yùn)動(dòng)擴(kuò)大了超聲場(chǎng)的作用范圍，有效減少了攪拌爐內(nèi)壁粘附CNTs增強(qiáng)相。
[0025]當(dāng)然，以上只是本發(fā)明的典型實(shí)例，除此之外，本發(fā)明還可以有其它多種【具體實(shí)施方式】，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)添加CNTs料:在鋁箔基底上定向生長(zhǎng)CNTs； (2)在CNTs表面連續(xù)電化學(xué)沉積Ni或Cu金屬層對(duì)碳納米管進(jìn)行表面改性，獲得包覆鋁和Ni/Cu金屬層的無團(tuán)聚或纏繞的CNTs箔； (3)將步驟(2)獲得的CNTs箔按比例添加到攪拌爐內(nèi)，備用； (4)在熔煉中爐進(jìn)行鋁合金基體的完全熔化和精煉，之后轉(zhuǎn)注到攪拌爐內(nèi)； (5)在攪拌爐外壁設(shè)置電磁線圈，通三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在熔體內(nèi)靠近爐壁處設(shè)置上下高度可調(diào)的超聲桿產(chǎn)生超聲場(chǎng)，通過電磁場(chǎng)和超聲場(chǎng)對(duì)攪拌爐內(nèi)的鋁合金基體和CNTs箔進(jìn)行耦合攪拌，獲得CNTs增強(qiáng)鋁基熔體； (6)將CNTs增強(qiáng)鋁合金熔體轉(zhuǎn)注到鑄造平臺(tái)，通過半連鑄方式獲得CNTs增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料鑄錠。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中采用浮游催化劑化學(xué)氣相沉積法獲得鋁箔帶上連續(xù)生長(zhǎng)的定向CNTs，其直徑5?25nm，長(zhǎng)度為I?600um。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中，采用以Ni或Cu金屬型硫酸鹽為主的電解液，對(duì)定向CNTs進(jìn)行表面電化學(xué)沉積處理。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中，CNTs箔的加入量為待增強(qiáng)改性的鋁合金基體重量的0.5-2.0%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)中鋁合金熔液溫度控制在710?760°C。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(5)中電磁場(chǎng)頻率為10?10Hz，安匝數(shù)為2000?5000AN ;超聲波功率為250?2000W，頻率為 10 ?50KHz。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(5)中，攪拌過程中通氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)熔體液面。
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征是包括以下步驟：（1）在鋁箔基底上定向生長(zhǎng)CNTs；（2）在CNTs表面連續(xù)電化學(xué)沉積Ni或Cu金屬層，獲得包覆鋁和Ni/Cu金屬層的無團(tuán)聚或纏繞的CNTs箔；（3）將適量CNTs箔添加到攪拌爐內(nèi)；（4）對(duì)鋁合金基體進(jìn)行熔化和精煉并轉(zhuǎn)注到攪拌爐內(nèi)；（5）通過電磁場(chǎng)和超聲場(chǎng)耦合攪拌CNTs增強(qiáng)鋁基熔體；（6）將CNTs增強(qiáng)鋁合金熔體轉(zhuǎn)注到鑄造平臺(tái)，通過半連鑄方式獲得CNTs增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料鑄錠。本發(fā)明攪拌爐中載著增強(qiáng)相的熔體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和超聲場(chǎng)耦合作用下攪拌，減少了熔體中氣孔間隙，并迫使其在熔體中均勻分散，同時(shí)超聲桿在熔體中上下運(yùn)動(dòng)擴(kuò)大了超聲場(chǎng)的作用范圍，有效減少了攪拌爐內(nèi)壁粘附CNTs增強(qiáng)相。
【IPC分類】C25D3/38, C22C1/10, C23C16/26, C25D3/12, C22C21/00
【公開號(hào)】CN105088023
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510563653
【發(fā)明人】長(zhǎng)海博文, 李新濤, 張文靜, 劉金炎
【申請(qǐng)人】蘇州有色金屬研究院有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年9月8日