碳纳米管增强镁合金制备方法与流程

本发明涉及的是一种纳米材料领域的技术，具体是一种碳纳米管增强镁合金制备方法。

背景技术：

碳纳米管(cnts)是一类新型碳材料，是由单层或多层石墨片卷曲而成的中空无缝管状纳米结构。多壁碳纳米管的平均杨氏模量约为1.8×1012pa，是钢的100倍，弯曲强度可达14.2gpa，所存应变能达100kev，显示出超强的力学性能，而密度仅为钢的1/6。计算发现，碳纳米管在受力时，可以通过出现五边形和七边形对来释放应力，表现出良好的自润滑性能，这些为碳纳米管自润滑性能的应用展示了美好的前景。此外，碳纳米管还具有优良的光学、场发射、耐强酸强碱和耐高温氧化等特性。因此，碳纳米管是增强复合材料理想的侯选材料之一。

镁基复合材具有耐磨热性能良好、导热性能良好。密度低、密易于加工及易于回收等优点，在诸如航空航天、电子工业等领域具有非常良好的应用前景。尽管国内外对碳纳米管增强镁基复合材制的研制工作已经取得了一些成果，但由于碳纳米管在基体组织中分散及润湿性等问题的存在，导致碳纳米管对该复合材料的增强效果不如预期。

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明由此而来。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种碳纳米管增强镁合金制备方法，采用半固态铸造工艺，适合工业化生产。

本发明包括以下步骤：

s1，将碳纳米管制备成大孔径大孔隙率的碳纳米管纸，高温蒸发单质镁或冷态溅射单质镁在碳纳米管纸表面生成均匀纳米镁晶层；

s2，在惰性气体氛围中，将包覆有纳米镁晶层的碳纳米管纸直接加入到镁或镁合金半熔融体中，加压搅拌糅合使之均匀，通过半固态铸造法得到碳纳米管增强镁合金复合材料。

优选地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中至少一种，直径在20～180nm，长度为10～20μm。

优选地，所述碳纳米管纸厚度为350～450μm。

优选的，所述碳纳米管纸的制备方法包括以下步骤：

s11，将碳纳米管、表面活性剂与去离子水和酒精的混合溶液混合，经超声处理均匀分散得到碳纳米管浆料；

s12，将步骤s11制得的碳纳米管浆料均匀涂于毛铜箔表面，于70～80℃烘干；

s13，将步骤s12烘干后的碳纳米管膜撕下卷成碳纳米管纸卷，即得大孔径大孔隙率的碳纳米管纸。

优选的，所述表面活性剂为非离子表面活性剂，包括但不限于peg、pvp、pva。

优选的，所述去离子水和酒精的比例为酒精:去离子水＝1:1～2，操作时先用酒精浸润cnt后再加去离子水。

优选的，所述半熔融体通过将镁或镁合金加热到420～660℃得到。

优选的，所述碳纳米管纸的制备方法，包括以下步骤：

s11，将碳纳米管、表面活性剂与去离子水和酒精的混合溶液混合，经超声、砂磨、搅拌等手段均匀分散得到碳纳米管浆料；

s12，将所得碳纳米管浆料均匀涂于毛铜箔表面，于70～80℃烘干；

s13，将烘干后的碳纳米管膜撕下卷成碳纳米管纸卷，得到碳纳米管纸。

技术效果

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

1)在碳纳米管表面形成纳米镁晶层，保证了碳纳米管与镁或镁合金的有效结合，保证了碳纳米管结构完整，增强效果显著；

2)采用加压搅拌糅合的机械融合方法，实现了碳纳米管在镁或镁合金中的均匀分布，产品兼具镁或镁合金与碳纳米管材料的优点，且制备方法简单易操作，高效又环保，适合进行产业化铸造生产。

附图说明

图1为实施例1制备得到的纳米镁晶层包覆的碳纳米管纸的sem照片；

图2为实施例1制备得到的纳米镁晶层包覆的碳纳米管纸的eds成分分析图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细描述。

实施例1

本实施例涉及一种碳纳米管增强镁合金制备方法，包括以下步骤：

s1，按重量比cnt：pvp：去离子水：酒精＝25:2:300:200将原材料混合均匀，超声分散得到碳纳米管浆料；将所得碳纳米管浆料均匀涂于毛铜箔表面，于70～80℃烘干后撕下碳纳米管膜卷成碳纳米管纸卷，待用；

s2，将所得碳纳米管纸卷固定于真空蒸镀室中的样品架上，抽真空同时将金属镁粉放于熔融罐中熔融，熔融镁过滤并泵入蒸镀室内的坩埚中，加热坩埚高温蒸发金属镁，样品架以1r/s的恒定放卷、收卷，蒸镀结束后即得均匀包覆纳米镁的碳纳米管纸；

s3，按重量比碳纳米管:镁合金＝0.5～1.5:99.5～98.5，将包覆纳米镁的碳纳米管和镁合金粉加入到机械融合设备料仓中，用氩气置换料仓中的空气后，加热至700℃，同时对原料施加压力搅拌糅合约2h至原料混合均匀，浇筑或挤压成坯，即得碳纳米管增强镁合金复合材料坯料。

将上述碳纳米管增强镁合金复合材料坯料在1000t卧式挤压机上热挤压成棒材，挤压温度为460℃，挤压速率2mm/s，挤压比为18:1，挤压棒材直径为15mm；将挤压棒材在500℃下固溶处理4h，然后淬入室温水中，最后自然冷却得到成品。

利用蔡司超高分辨率场发射扫描电子显微镜merlincompact(sem)对步骤s2制备得到的碳纳米管增强镁合金复合材料坯料进行形貌观察并进行能谱分析(eds)，得到图1所示的sem照片和图2所示的eds成分分析图，由图1可以看出碳纳米管纸表面均匀覆盖了一层镁晶层，放大拍摄倍率亦可看到孔隙中的碳纳米管表面也均匀包覆有镁晶层。

利用css-55100型电子万能材料试验机测试成品的拉伸性能，并利用hxs-1000ak显微硬度计测试成品的显微硬度(载荷为100g，加载时间为10s)，可以发现当碳纳米管加入量为1.0％，成品的拉伸强度和限位强度达到峰值，分别为189mpa和91hv。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。