[发明专利]镁基-碳纳米管复合材料的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制造方法，尤其涉及一种镁基-碳纳米管复 合材料的制造方法。

背景技术

镁是地球上储量最丰富的轻金属元素之一，镁的比重是1.74克每立方厘 米(g/cm³)，只有铝的2/3、钛的2/5、钢的1/4，具有较高的比强度和比刚度， 且具有吸震降噪性能好、铸造性能好、储量丰富、易于回收利用等优点，被 誉为“21世纪的绿色工程材料”。因此，镁合金被广泛用于航空航天领域、 汽车行业和信息产业当中。但是，铸造镁合金的绝对强度低、组织较软、高 温性能较差等弱点，使得镁合金仅能用来制造壳类等不能承受较大载荷的零 件。而镁基复合材料具有更高的比强度、比刚度，同时还具有较好的耐磨性、 耐高温性能。所以，相比镁合金，镁基复合材料具有更大的潜在的应用前景。

目前，主要是采用向镁基复合材料中加入纳米级颗粒增强体的方式提高 镁基复合材料的强度和韧性。具有纳米级晶体的碳纤维或碳纳米管等碳纳米 材料，其形状为类似于圆柱形弯曲片材的物质，其中碳原子以六边形网格形 式排列，具有1.0-150纳米(nm)的直径和最长至100微米(μm)的长度。这些 材料的抗拉强度为钢的100倍，密度为1.35g/cm³，膨胀率低、导热、导电 性及可滑动性能好，是理想的纳米晶须增强增韧材料。

向镁基复合材料中加入上述的纳米级颗粒的一种典型工艺是半固态成 形工艺。半固态成形工艺主要包括压铸和触变注射成形。由于镁基复合材料 锭料在二次加热时易氧化燃烧，因此当前主要采用触变注射成形工艺制造镁 基复合材料。采用触变成形注射工艺制造镁基复合材料的具体过程如下：将 基体切削加工成细颗粒状，同时加入增强颗粒，将混合物颗粒装入料斗中， 通入氩气进行保护，当复合材料颗粒运动到加热部位时，将部分融熔形成具 有触变结构的半固态料，在螺旋体作用下，当其累计到一定的体积时，再被 高速注射到已经被抽空的预热模具中成形。在整个触变注射成形的过程中， 镁基复合材料可以像热塑性塑料一样流动成形。此过程清洁，安全，原材料 消耗大大减少，没有熔渣产生，更不需熔炼液态金属和浇注等过程，成形件 可达到很高的精度，缩松少，致密度高。

将碳纳米管作为镁基复合材料的增强体可表现出良好的强度和韧性，所 以镁基-碳纳米管复合材料具有极好的综合机械性能。但是，采用上述的半 固态成形工艺制造的镁基-碳纳米管复合材料中存在着碳纳米管分散不均匀 的问题(请参见，Development of novel carbon nanotube reinforced magnesium nanocomposites using the powder metallurgy technique，C S Goh et al.， Nanotechnology，vol 17，p7(2006))。由于碳纳米管在镁基-碳纳米管复合材 料中分散不均匀，从而导致了镁基-碳纳米管复合材料在强度和韧性方面没 有达到预期的要求。

因此，确有必要提供一种镁基-碳纳米管复合材料的制造方法，使用该 方法制造的镁基-碳纳米管复合材料中的碳纳米管分散均匀，且该镁基-碳纳 米管复合材料具有强度高及韧性好的优点。

发明内容

一种镁基-碳纳米管复合材料的制造方法，其包括以下步骤：提供镁熔 体和大量的碳纳米管，将镁熔体和碳纳米管混合得到一混合浆料；将上述混 合浆料注入模具中，得到一预制体；以及，将上述预制体进行挤压成型处理， 制得镁合金-碳纳米管复合材料。

与现有技术相比较，所述的镁基-碳纳米管复合材料的制造方法，将熔 体与碳纳米管的混合物铸造成固定形状后再进行挤压成形。在挤压过程中， 该固定形状的混合物需经过变形，在其变形过程中，碳纳米管在混合物中的 分布更加均匀，且，由于挤压过程需对混合物施加较大的压力，因此制造的 镁基-碳纳米管复合材料具有较高的致密性。故，本技术方案所提供的镁基- 碳纳米管复合材料的制造方法所制造的镁基-碳纳米管复合材料具有强度高 和韧性好的优点，可广泛地应用于3C产品、汽车零部件、航天航空零部件 等方面。且，本发明所提供的镁基-碳纳米管复合材料的制造方法操作简单， 成本低廉，适合批量生产镁基-碳纳米管复合材料。

附图说明

图1是本技术方案镁基-碳纳米管复合材料的制造方法的流程图。

图2是本技术方案镁基-碳纳米管复合材料的制造过程的示意图。