[发明专利]碳纳米管增强泡沫铝基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管增强泡沫铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将发泡粉和碳纳米管混合均匀；S2、准备两块铝板，分别为第一铝板和第二铝板，第一铝板上开设有凹槽；S3、将混合粉末均匀装于第一铝板的凹槽中，将第二铝板叠放在第一铝板的上方且完全覆盖所述凹槽；S4、使用搅拌摩擦焊对第二铝板进行多次搅拌焊处理，以得到晶粒致密的混有碳纳米管增强相的泡沫铝基复合材料预制体；S5、将泡沫铝基复合材料预制体进行加热发泡处理，即获得碳纳米管增强泡沫铝基复合材料。本发明将搅拌摩擦焊用于制备碳纳米管增强泡沫铝基复合材料，具有效率高、成本低且制品颗粒细化、性能优异、孔隙率大的优点。

技术领域

本发明涉及一种泡沫铝基复合材料的制备方法，尤其涉及一种碳纳米管增强泡沫铝基复合材料的制备方法，它将碳纳米管作为增强相采用搅拌摩擦焊的方式制备泡沫铝基复合材料。

背景技术

如今新型轻量化材料使用已成为汽车轻量化的主要研究方向，而泡沫铝是其中最具代表的一种。泡沫铝因自身独特的微观孔隙结构具有许多其他材料不具备的优势，例如密度小、比强度大、力学性能响应好、能量回收效率高等优点，而被广泛应用在汽车的前后纵梁、车顶架、保险杠及AB柱等易受冲击部位。

泡沫铝基复合材料是通过在泡沫铝的基体材料中混入各种增强相而制成的集合泡沫铝本身和增强相两者优点于一身的全新轻量化材料。在众多增强相中，碳纳米管因其自身密度低和力学性能优异等独特优点自然成为泡沫铝基复合材料的理想增强相，可用来大大提高泡沫铝复合基材料的强度。但目前仍没有系统而效率高的制备方法，其主要原因大概与铝基质本身相异巨大的密度和热膨胀系数及碳纳米管的表面积过大造成的碳纳米管在泡沫铝基质中难以均匀分布有关。

目前涉及碳纳米管增强泡沫铝基复合材料的制备方法并不是很多，如中国发明专利申请CN104745976A公开了一种碳纳米管增强泡沫铝基复合材料的制备方法，它采用化学气相沉积法，主要通过将碳纳米管、铝粉和尿素颗粒和无水乙醇冷压成型后进行粉末烧结来得到预制体；中国发明专利申请CN107012349A公开了一种碳纳米管增强泡沫铝基复合材料的制备方法，它采用微波烧结技术将表面有金属铜镀层的碳纳米管和尿素颗粒与温水混合后冷压冶金获取预制体；中国发明专利申请CN104911388A公开了一种用于减振吸能的碳纳米管增强泡沫铝复合材料的制备方法，它通过尿素作为造孔剂和通过镍作为碳纳米管合成的催化剂来原位合成预制体；中国发明专利申请CN 101798665A公开了一种铝基泡沫材料的制备方法，它通过向熔融铝或铝合金中加入带有金属镀层的碳纤维并搅拌均匀后进行冷却获得成品；中国发明专利申请CN104745853A公开了一种泡沫铝/纳米碳复合材料的制备方法，它将纳米碳与发泡剂浆料涂抹在铝箔上再反复高温轧制来得到复合材料。这些专利申请中涉及的方法以各种粉末冶金法及熔融发泡法及它的改进方法为主，数量少且并未大量投入生产，且各有各的缺点，如制备的复合材料易产生泡孔缺陷、力学性能差和工艺复杂、耗时长等。

综上可知，由于泡沫铝本体泡沫分布及碳纳米管本身密度小、表面积大等特点，若采用传统方法，则碳纳米管不易均匀分布到泡沫铝的基体中，且会产生泡孔破碎、孔洞连接、密度不均等缺点，并且传统的粉末冶金法原料为纯铝粉末，消耗成本过大，工艺复杂，而且会发生基体粉末与发泡剂粉末互相吸附而不扩散的团聚效应，可见现在还没有高效的方法应用于制备碳纳米管增强泡沫铝新型复合材料中。目前国际上只有日本学者对搅拌摩擦焊做过不少研究，但均未涉及泡沫铝的碳纳米管增强相问题，仅涉及单纯的闭孔泡沫铝与泡沫铝夹芯板的制备。因此，本申请首次提出将该新型固相连接方法用于此处碳纳米管增强新型泡沫铝复合材料的制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纳米管增强泡沫铝基复合材料的制备方法，它将搅拌摩擦焊用于制备碳纳米管增强泡沫铝基复合材料，具有效率高、成本低且制品颗粒细化、性能优异、孔隙率大的优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种碳纳米管增强泡沫铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：