[发明专利]一种镀镍碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属复合材料领域，具体是指一种镀镍碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法。

背景技术

金属基复合材料有着传统金属材料的优良性能，添加增强相后可以克服传统金属材料的性能局限性。铝基复合材料有着质量轻，强度高，耐磨耐腐蚀，导电导热性好和热膨胀系数低等优点，广泛地应用在航天航空，汽车制造，电子仪器等工业领域。碳纳米管作为铝基复合材料的一种常见增强相，如何利用碳纳米管高性能的铝基复合材料成为今年来国内外研究的热点。

碳纳米管在铝基体中的分散性是影响复合材料性能的重要因素之一。碳纳米管增强铝基复合材料制备方法有热喷涂法、搅拌铸造法和挤压铸造法等。其中热喷涂法是把熔化或半熔化的碳纳米管颗粒以高速喷射的方式直接在基板沉积形成致密涂层，但是这一方法的工艺中温度很高，容易导致碳纳米管表层碳化，影响碳纳米管的优良性能。搅拌铸造法是将碳纳米管和液态铝进行搅拌混合，最后使整个混合体进行凝固，该方法虽工艺简单，但是铝对碳纳米管的润湿性很差，复合材料凝固后，碳纳米管与铝基体会出现明显的分层现象，对复合材料的力学性能会有极大的影响。挤压铸造法是通过先制备的预制件，将熔融下的铝液浸渍预制件中，最后通过压实，该工艺由于高压凝固和塑性变形同时存在，制件无缩孔、缩松等缺陷，但这种工艺没能有效地分散碳纳米管，导致其在基体中会有明显的团聚现象，对复合材料的性能有很大的影响。

发明内容

本发明的目的是根据上述不足提供一种镀镍碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，该方法利用对碳纳米管镀镍的方式解决碳纳米管在铝基体中分散性和润湿性的问题，提高碳纳米管增强铝基复合材料的性能。

本发明是通过以下方式实现的：一种镀镍碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，其步骤包括：

(1)将碳纳米管外镀镍，得到镍包覆的碳纳米管；

(2)将铝粉或铝合金粉、质量百分数为铝粉或铝合金粉的0.5-4.0％的镍包覆的碳纳米管、质量百分数为铝粉或铝合金粉的0.5-2.0％的过程控制剂混合球磨，得到复合粉体；

(3)将复合粉体封装在金属包套内，升温至400-620℃后进行轧制，得到复合材料坯料；

(4)再剥离金属包套，去除毛边后得到所述镀镍碳纳米管增强铝基复合材料。

优选的，所述步骤(1)中的镀镍是先将羧基化碳纳米管放入镍盐溶液中浸泡吸附镍离子，然后将吸附的镍离子还原成镍单质作为形核核心，最后在化学镀液中施镀，得到所述镍包覆的碳纳米管。

优选的，所述吸附镍离子用的镍盐溶液是硫酸镍或氯化镍的水溶液，浓度为0.1-0.8mol/L，所述浸泡的时间为10min-30min。

优选的，所述将吸附的镍离子还原成镍单质是用强还原剂还原，所述强还原剂为硼氢化钾、硼氢化钠中的任意一种，浓度为0.4-4.0mol/L，所述还原的时间为20-30min。

优选的，所述将吸附的镍离子还原成镍单质是在化学镀液中进行，所述化学镀液中包括络合剂、缓冲剂、弱还原剂和镍盐；所述络合剂为柠檬酸钠、EDTA二钠盐或三乙醇胺中的任意一种，所述缓冲剂为醋酸钠或氯化铵中的任意一种，所述弱还原剂为甲醛、乙酚酸、二甲基乙酰胺酸或次亚磷酸钠中的任意一种，所述镍盐为硫酸镍或氯化镍。该化学镀液为本领域技术人员公知的常规配方。

优选的，所述羧基化碳纳米管为多壁碳纳米管，管径为0.4-150nm。

优选的，所述步骤(2)中的铝粉是指纯铝粉，铝合金粉是指铝-硅系、铝-镁系、铝-铜系、铝-锌系或稀土铝合金粉，铝粉或铝合金粉的粉体颗粒平均粒径为50nm-100μm。

优选的，所述步骤(2)中的过程控制剂为硬脂酸、硬脂酸锂、硬脂酸锌、石蜡、甲醇、乙醇、硅油、油酸、纤维素中的任意一种。

优选的，所述步骤(2)中的球磨是指行星式球磨或搅拌球磨，球料比为10/1-40/1，转速为100-500转/分钟，球磨时间为4-8小时。

优选的，所述步骤(3)中的金属包套是铜或铁管状薄壁型材中；所述升温至400-620℃是先在400-620℃下预热0.5-6小时后再轧制，轧制压力为100-700MPa，下轧量为0.1mm-5cm。

本发明的有益效果在于：