[发明专利]碳纳米管增强的泡沫铝填充铝合金管复合结构的制备方法在审

专利信息
申请号: 201810944760.6 申请日: 2018-08-19
公开(公告)号: CN109175374A 公开(公告)日: 2019-01-11
发明(设计)人: 赵乃勤;许佳丽;马有草;杨旭东;何春年;师春生 申请(专利权)人: 天津大学
主分类号: B22F3/11 分类号: B22F3/11;C22C21/00
代理公司: 天津市北洋有限责任专利代理事务所 12201 代理人: 程毓英
地址: 300350 天津市津南区海*** 国省代码: 天津;12
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摘要:
搜索关键词: 碳纳米管增强 复合结构 铝合金管 泡沫铝 制备 填充 复合粉末 烧结 烘干 烘箱 机械球磨 均匀负载 冷压成型 铝粉表面 尿素混合 随炉冷却 碳纳米管 氩气保护 管式炉 冷压 球磨 水浴 尿素 下水
【说明书】:

发明涉及一种碳纳米管增强的泡沫铝填充铝合金管复合结构的制备方法,通过以下步骤实现:制备铝粉表面均匀负载着碳纳米管的复合粉末;机械球磨;将球磨后的复合粉末与尿素混合均匀,冷压成型;冷压后的试样在60‑80℃的温度下水浴6‑8h除去尿素,水浴后将试样置于烘箱中烘干;烘干后的试样置于管式炉中,在200‑300ml/min流量的氩气保护下以5℃/min的速率升温至650℃下烧结2‑4h,烧结完成后随炉冷却至室温;得到碳纳米管增强的泡沫铝填充铝合金管复合结构。

技术领域

本发明属于泡沫铝填充复合结构制备技术领域,涉及到以原位生长的碳纳米管作为增强相,以及以复合泡沫材料作为芯材填充金属管实现协同增强,从而实现了高强度,高吸能的填充结构的制备。

背景技术

泡沫铝作为结构功能一体化材料的代表,由于具有基体元素储量丰富、密度低、阻尼性能好、吸能能力强等优良性能近年来被逐步应用在航空航天、轨道交通等各个领域。但泡沫铝在单独使用时可承受载荷小,易失稳坍塌的缺陷使其应用受到了很大的限制。薄壁管结构轴向的承载力稳定,行程利用率长,是传统的吸能减震材料,但其也存在非轴向承载能力差,失效过程难以控制等诸多问题。将泡沫铝和金属薄壁管复合制备的填充结构,弥补了泡沫铝和金属管各自的缺点,既具有独立承载能力,又具备稳定性高、可在极端的环境下服役等突出优点,因此受到研究者的普遍关注。目前已有的实验证明填充泡沫铝有助于促使金属管按照更加稳定可控的模式变形,但同时也表明,只有泡沫铝的强度与金属管壁的强度实现良好的匹配时才能实现获得更高的承载力和更好的吸能效果。

碳纳米管(CNTs)由于具有低密度、高比强度等优异性能而被广泛认为是金属基复合材料的理想增强相。尤其是以CNTs作为增强相来制备复合材料,可以克服传统材料在应用上的一些限制。然而由于CNTs具有较大的长径比,造成了CNTs极易在铝基体中团聚,难以实现均匀分散。目前常用的分散方法均会对CNTs的结构造成严重的破坏。而采用原位化学气相沉积法在铝粉表面合成了CNTs,再通过短时球磨和填加造孔剂的方法制备CNTs增强的复合泡沫铝的方法既解决了CNTs的均匀分散问题、提高了碳管的添加量,又能使金属基体和CNTs之间形成良好的界面结合。

综上所述,采用原位气相沉积法制备的CNTs/Al复合粉末结合填加造孔剂法可以实现高强度的碳纳米管增强复合泡沫铝的制备。通过将复合泡沫表面轻微打磨再填充进内径与泡沫直径一致的金属管中可以以一种较为简便的方式实现泡沫与金属管壁的紧密结合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、泡沫参数精确控制、产品减震吸能效果好的碳纳米管增强的泡沫铝填充金属管复合结构的制备方法。本发明的技术方案为:

一种碳纳米管增强的泡沫铝填充铝合金管复合结构的制备方法,通过以下步骤实现:

(1)将铝粉和六水合硝酸钴按照160-40:1的质量比加入到质量为铝粉的5-10倍的无水乙醇中,利用超声加速硝酸钴的溶解,之后在60℃的水浴加热中持续搅拌直至乙醇挥发完全。再将得到的混合物置于80℃的烘箱中烘干6小时以上,将得到的干燥完全的粉末置于管式炉中,在氩气的保护下升温至250℃,切换至流量为200-300ml/min的氢气,并分别在250℃和450℃下分别保温1小时;随后关闭氢气,在氩气的保护下升温至600℃,并按照乙炔和氩气为1:12的比例通入二者的混合气体,在600℃下反应15-60m分钟,最后关闭混合气,在氩气的保护下冷却至室温,得到铝粉表面均匀负载着碳纳米管的复合粉末;

(2)将步骤(1)获得的复合粉末进行机械球磨,球料比为10-15:1球磨转速为300-450rpm,球磨60-120min;

(3)将球磨后的复合粉末与其质量70%-200%的直径为1-3mm的尿素混合均匀,将混合物置于冷压模具中,在400-500MPa下保压3-5min实现冷压成型;

(4)冷压后的试样在60-80℃的温度下水浴6-8h除去尿素,水浴后将试样置于烘箱中烘干;

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