[发明专利]一种添加碳纳米管到金属熔体中的方法

说明书

技术领域

本发明属于制备金属复合材料以及金属熔炼加工领域，特别涉及添加碳纳米管到金属熔体中制备金属基复合材料或者细化金属晶粒尺寸的加工工艺技术领域。

背景技术

目前，碳纳米管增强金属基复合材料的制备工艺和方法主要是搅拌铸造法和粉末冶金法。粉末冶金法是把碳纳管与微细纯净的金属粉末进行机械混合以后，在模具中压制，然后加热进行烧结，使增强相与金属基体聚集成一体，制成金属/碳纳米管复合材料的方法。粉末冶金法的优点主要在于制备过程中金属基体不必经过全熔的高温状态，因而能够避免铸造法带来的诸如强烈氧化，基体与碳纳米管增强相界面处发生过量反应等问题，而且碳纳米管在基体内分布均匀。粉末冶金法对基体金属种类没有限制，可以任意改变增强物与基体的配比，制得高体积分数的碳纳米管增强金属基复合材料。但是粉末冶金工艺设备复杂，成本较高，不易制备形状复杂的零件。在生产过程中存在粉末燃烧、爆炸等危险，不易大规模工业化生产。搅拌铸造法是通过机械搅拌或电磁搅拌把碳纳米管加入到金属熔体中，并使之在金属基体中分散均匀的方法。根据铸造时金属形态不同可分为全液态搅拌(即一边搅拌金属液，一边加入增强相)、半固态搅拌铸造(在半固态金属熔体中一边搅拌金属液，一边加入增强相)和搅熔铸造(在半固态金属中加入增强相，搅拌一定时间后再升温至基体合金液相线温度以上，并再搅拌一定时间)三种。搅拌铸造法设备简单，生产效率高，但铸件气孔较多，颗粒分布不均匀，容易形成偏聚。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种具有上述两种制备方法优点的金属/碳纳米管复合材料的制备工艺方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

(1)首先将碳纳米管、金属粉末和液态硬脂酸按碳纳米管与金属粉末的重量比例为1∶10-2、硬脂酸与碳纳米管和金属粉体总重量比为1∶15-20的比例混合放进球磨机里球磨，然后用50-80目不锈钢筛网过筛，得到均匀混合料，再将该混合料加入到预热的模具中，保温保压，最后制得碳纳米管/金属复合压块；

(2)将碳纳米管/金属复合压块添加到金属或合金液中，调整熔体温度到浇铸温度，浇铸铸件。

本发明所述的将碳纳米管/金属复合压块添加到金属或合金液中，可以采用现有技术中的添加办法，即可以将金属或合金完全熔化，用钟罩将碳纳米管/金属复合压块压入金属液中并移动搅拌，直至碳纳米管添加块完全熔化在金属液中；也可以将制成的碳纳米管/金属复合压块直接放到金属液中间包中，然后将炉中金属或合金液冲入该中间包中，再浇铸铸件。

本发明所述金属粉末为铝、锌、硅铁、铁、镍、钴、钛或稀土金属中的一种或者两种以上。

本发明所述的金属为铝、镁、锌、铜、钴、铁、铸铁或铸钢等，包括可以熔融成形的金属；所述的合金为铝合金、镁合金、锌合金、铁合金、镍合金或钴合金等。

本发明所述碳纳米管最好为多壁碳纳米管。

本发明所述的浇铸方法可以是重力铸造，压力铸造，消失模铸造，真空吸铸等所有铸造方法。

本发明在制备金属/碳纳米管金属基复合材料方面，有其独特的优点，其使添加难分散，与金属液不浸润，纳米尺寸的添加物工艺简单，劳动条件好，制作成本低，生产效率高，对基体金属种类没有限制，可以较灵活地改变碳纳米管与基体的配比，制得较高体积分数的碳纳米管-金属复合材料。而且提高了碳纳米管在金属基体中的分散程度。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步的描述。

实施例1：首先将配好的铝粉、锌粉、碳纳米管，硬脂酸酒精溶液在球磨机里混合处理20分钟，用50目网筛分离磨球，得到制造碳纳米管添加块的混合料，把这混合料放进预热到80℃的模具中保温保压20分钟取出，制成碳纳米管/金属复合压块。在氩气保护下熔炼AZ91镁合金，当镁金属液温度达到680℃时，撇去金属熔体表面渣，用钟罩把碳纳米管/铝复合压块压入镁液中，加入0.5％～1.5％的RJ-2熔剂起精炼和覆盖作用，移动钟罩缓慢搅拌约2-5分钟。继续加温合金熔液到700℃，加入0.5％～0.8％的六氯乙烷对镁合金熔体进行精炼处理，随后均匀撒上一层RJ-2熔剂，把温度降低到620℃静置10min后，采用真空吸铸法制得碳纳米管增强镁合金基复合材料试样。