[发明专利]一种铝基碳纳米管增强复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种铝基碳纳米管增强复合材料及制备方法，用于直升机自倾仪动环锻件坯料的生产。碳纳米管普遍存在强度上限有限的问题，传统铝基复合材料制备方法存在较多的微观孔隙、界面结合不良等缺陷，无法满足后续的锻造要求。本发明的铝基碳纳米管增强复合材料，成分及质量百分比为：碳纳米管：0.1％‑5％，Cu:3.2％‑4.4％，Mg:1.0％‑1.9％，Si:0.25％‑0.3％，Fe:0.2％‑0.4％，Zn:0.1％‑0.2％，O:0％‑0.3％，Al:余量。一致分散性良好，避免了分散剂的残留及氧化物杂质的引入；能够完全消除孔隙，缺陷量极低。满足更高强度的需要，并且制备效率高。

技术领域

本发明涉及一种铝基碳纳米管增强复合材料及制备方法，用于直升机自倾仪动环锻件坯料的生产。

背景技术

自倾仪是直升机的核心部件之一，其动环部分对材料的强度、重量及耐磨性能提出了很高的要求，传统铝合金已难以满足要求，钛合金材料成本太高、重量偏大、不耐磨，铝基复合材料成为首选。碳纳米管增强的铝基复合材料兼具强度、重量及成本优势，非常适用于制造动环锻件坯料，但普遍存在强度上限有限的问题。传统铝基复合材料制备方法如热等静压烧结等技术由于混料时要加入分散剂等，获得的材料存在较多的微观孔隙、界面结合不良等缺陷，无法满足后续的锻造要求；铸造法制备的铝基复材也存在较多铸造气孔、偏析等缺陷，也无法用于锻造坯料，满足不了使用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝基碳纳米管增强复合材料及制备方法，满足更高强度的需要，并且制备效率高。

一种铝基碳纳米管增强复合材料，成分及质量百分比为：碳纳米管：0.1％-5％，Cu:3.2％-4.4％，Mg:1.0％-1.9％，Si:0.25％-0.3％，Fe:0.2％-0.4％，Zn:0.1％-0.2％，O:0％-0.3％，Al:余量。

碳纳米管质量比为5％。

一种制备所述铝基碳纳米管增强复合材料的方法，包括以下步骤：

(1)根据成分及质量百分比选用适量的碳纳米管及铝合金粉末；

(2)将碳纳米管与铝合金粉末进行混合，加入丙酮或无水乙醇等不与原料发生反应的有机溶剂，采用超声分散法(可由超声清洗机进行)搅拌混合60-90分钟；

(3)对混合后的液体进行12-15小时的真空干燥，干燥温度50-70℃；

(4)对干燥后的粉末进行放电等离子烧结。烧结温度为400～650℃，烧结压力50-80MPa，升温速率为50～100℃/分钟，真空气氛保温时间2-4分钟；

(5)随炉水冷。

步骤(4)中的烧结温度为500℃，压力为60Mpa，升温速率为50℃/分钟，保温3分钟。

本发明的有益效果是：采用液相超声混合，金属与增强体粉末可以均匀混合，一致分散性良好；采用真空干燥，避免了分散剂的残留及氧化物杂质的引入；采用放电等离子烧结技术烧结，烧结热来源于孔隙部位的电阻热以及金属粉末与增强体间的电离活化作用，能够完全消除孔隙，增强体与金属基体间为纯净的原子间嵌入式结合，缺陷量极低。

具体实施方式

本发明铝基碳纳米管增强复合材料的成分及质量百分比为：

碳纳米管：0.1％-5％，Cu:3.2％-4.4％，Mg:1.0％-1.9％，Si:0.25％-0.3％，Fe:0.2％-0.4％，Zn:0.1％-0.2％，O:0％-0.3％，Al:余量。

制备上述铝基碳纳米管增强复合材料的方法，包括以下步骤：

(1)根据上述成分及质量百分比选用适量的碳纳米管及铝合金粉末；