[发明专利]一种碳纳米管增强镍基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管增强镍基复合材料及其制备方法。其步骤为：对碳纳米管进行纯化与除杂、氧化、敏化、活化预处理；采用化学镀镍体系对预处理后的碳纳米管进行化学镀镍；对所得样品抽滤，水洗，干燥，并与镍粉的按体积比为15～17％混合，加入与混合粉末等体积的酒精，常温下放置一段得到复合粉末；将复合粉末进行冷压成型得到坯件；将坯件样品在1000±50℃下烧结1.5个小时以上，再在700±50℃下进行热处理2.0个小时以上。本发明采用粉末冶金法制备CNTs/Ni复合材料，利用化学镀镍增强碳纳米管在镍粉中的分散性，使材料具有良好的抗疲劳性、抗氧化性和抗蠕变性，适合在高温高压的恶劣环境中使用。

技术领域

本发明属于金属基复合材料领域，特别是涉及一种碳纳米管增强镍基复合材料及其制备工艺。

背景技术

金属基复合材料由于具有高的比强度、比模量、耐高温、耐磨损及热膨胀系数较小等优异的物理化学性能，在航天航空、汽车、军事等领域显示出巨大的作用和发展潜力。其中镍基复合材料的发展较为成熟，由于镍的高温性能优秀，因此该种复合材料多应用于高温环境下，例如制造航空发动机以及工业燃气轮机的关键热端部件材料：涡轮叶片、涡轮盘、燃烧室等。

纤维增强复合材料由于具有高强度、高模量、抗蠕变、抗疲劳等优点，广泛应用于航天航空、汽车、电子等领域。在常见的纤维增强体中，碳纳米管是一种具有极高综合性能的新型纤维材料，它具有极高的强度、韧性、弹性模量和优良的高温性能。碳纳米管是理想的纤维增强体。

因此，发挥碳纳米管优异的力学和物理性能，将碳纳米管作为镍基复合材料的增强相制备出具有高强度、高弹性、抗氧化、抗热疲劳等优良性能的镍基复合材料引起了研究人员的广泛关注。目前，制备碳纳米管增强金属基复合材料的方法主要有：复合电沉积法、离子喷涂法、溶胶凝胶法和粉末冶金法等。

使用粉末冶金方法制备的碳纳米管复合材料，由于碳纳米管的高长径比使其极易缠绕团聚，一般机械混合过程无法将其分散，因而极大地影响了其性能。而复合电沉积法等方法主要用于镀层、涂层和薄膜等复合材料领域，难以制备块状的复合材料。

本文采用粉末冶金法制备碳纳米管镍基复合材料，并利用化学镀镍的方法改善碳纳米管的分散性能，从而得到一种具有高的强度、硬度、良好的抗疲劳性、抗氧化性和抗蠕变性的碳纳米管增强镍基复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高的强度、硬度、良好的抗疲劳性、抗氧化性和抗蠕变性的碳纳米管增强镍基复合材料及其制备方法。

实现上述目的的技术方案为：一种碳纳米管增强镍基复合材料，其化学成分以体积百分比计为：Ni：70％～75％，P：0.8％～1.5％，碳纳米管(CNTs)：13％～17％，余量为其他不可避免的夹杂。

上述复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)对碳纳米管进行纯化与除杂、氧化、敏化、活化预处理；

(2)采用如下表所示的化学镀镍体系对预处理后的碳纳米管进行化学镀镍；

(3)对所得样品抽滤，水洗，干燥，并与镍粉的按体积比为15～17％混合，加入与混合粉末等体积的酒精，常温下放置一段得到复合粉末；

(4)将复合粉末加压到100MPa保压10分钟，再将压强增加到500MPa保压2.0小时，脱模，得到冷压成型的坯件；

(5)将压好的坯体样品在1000℃下烧结1.5个小时，再在700℃下进行热处理2.0个小时。

本发明与现有技术相比，其显著优势如下：(1)由于采用粉末冶金法，可以灵活地调整增强相的体积比。(2)相比于传统的熔铸法，处理温度较低，对碳纳米管的损伤较小，生成高温脆性相和降低界面结合力的可能性也更小。(3)采用合理的化学镀镍体系对碳纳米管进行预处理，提高了碳纳米管的分散性。