[发明专利]一种泡沫金属复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于泡沫金属材料的制备领域，特别是一种闭孔泡沫金属复合材料的制备方法。

背景技术

闭孔泡沫金属是一种在金属基体内存在随机分布孔洞的新型材料，兼有金属和气体的特 性。由于闭孔泡沫金属具有密度小、比强度和比刚度高、吸能效果优良、隔音性能好、电磁 屏蔽性高、耐候性强以及回收性能好等特性，使其在结构材料领域具有广阔的应用前景，特 别是在高铁、汽车、航空航天和军工等领域。

随着人们对环保和结构材料综合力学性能要求的不断提高，希望获得轻质且力学性能优 良的复合材料。为了充分发挥闭孔泡沫金属轻质的特性，研究人员期望在普通泡沫金属的基 础上进一步提升其力学性能，以满足结构材料应用的要求。专利CN101139666A和 CN103194634B分别公开了SiC和Mn颗粒增强泡沫金属复合材料的制备方法。这些方法可以 制备出分别含SiC和Mn颗粒的泡沫金属复合材料，但由于SiC和Mn颗粒密度较大导致复合 泡沫金属的减重效果较差。另外，专利CN101876017B和CN103924112B分别公开了纳米陶瓷 颗粒和纳米凹凸棒土增强泡沫金属复合材料的制备方法。此类方法属于粉末冶金范畴，该方 法工艺复杂，对设备要求较高且产品尺寸受限，不适合生产大尺寸结构材料。

碳纳米管的轻质、高强度、高弹性、耐腐蚀和耐高温等优良性能，使其可望成为一种制 备高强度泡沫金属复合材料的理想添加剂。专利CN104911388A公开了一种碳纳米管增强泡沫 金属复合材料的制备方法，此方法采用原位生成碳纳米管的方式制备了含碳纳米管的泡沫铝 基复合材料，整个过程中需要通入丙烯和氢气等易燃气体，危险性大，且丙烯属于有毒类气 体，容易对人体造成伤害。且该方法同样属于粉末冶金范畴，产品尺寸受限，不适合生产大 尺寸结构材料。迄今为止，产业化应用最广的制备大尺寸闭孔泡沫金属的方法是熔体发泡法， 由于碳纳米管极易团聚，与金属基体润湿性差，导致目前尚未有利用此方法制备含碳纳米管 泡沫金属复合材料的报道。因此，开发一种安全、低成本且环保的制备含碳纳米管泡沫金属 复合材料的新工艺，实现含碳纳米管的大尺寸闭孔泡沫金属的产业化生产，是泡沫金属领域 亟需解决的一个重点问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种满足环保要求和工业应用的碳纳米管颗粒增强闭孔泡沫金属 复合材料的制备方法，该方法经预处理金属片和分层加入的熔炼方式，增加碳纳米管与金属 基体的接触时间与面积，从而促进碳纳米管与金属基体间的润湿，增强两者之间的界面结合， 同时，通过恰当的混合球磨参数，避免碳纳米管的结构受到严重破坏或碳纳米管出现分散后 又团聚的现象，最终得到性能优异的含碳纳米管的泡沫金属复合材料。本发明工艺稳定且成 本较低，适合于产业化生产。

本发明技术方案如下：

一种泡沫金属复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)预处理：

采用线切割机将金属锭切割成厚度、形状相同的金属片，作为金属基体，所述的厚度为 5～12mm；

2)球磨：

将碳纳米管和第一步预处理金属成分相同的金属粉混合，然后在行星式球磨机上球磨 0.5～6h，得到混合粉末；

其中，球料质量比为5∶1～20∶1；质量比碳纳米管∶金属粉＝1∶5～20；

3)熔炼：

采用控制柜将电阻炉升温至步骤1)中金属熔点以上20～100℃，将熔炼坩埚在电阻炉内 预热3～10min，然后提出坩埚，并在坩埚内壁喷涂脱模剂；随后，在底部加入一片金属片， 再均匀加入一层混合粉末，继续加入一片金属片，再加入一层混合粉末，如此一片金属片， 一层混合粉末循环添加，最上部是金属片；然后将坩埚放入电阻炉熔炼，待金属片完全熔化 并保温5～30min；

其中，碳纳米管的添加总量为金属基体质量分数的0.5％～6％，并且每一层的混合粉末质 量相同；

4)增粘：

采用控制柜将搅拌桨放入距离坩埚底部1～10mm处，预热3～15min，然后在坩埚内添 加增粘剂同时以200～800r/min的速度搅拌4～15min；

所述的增粘剂为金属钙颗粒、陶瓷颗粒或氧化物颗粒；添加量为金属基体质量的0.5％～ 5％；所述的氧化物为Al₂O₃；

5)发泡：