[发明专利]一种多包层钴包碳纳米管复合粉末及制备方法

说明书

本发明公开了一种多包层钴包碳纳米管复合粉末及制备方法，粉末主要面向增材制造技术领域。多包层钴包碳纳米管复合粉末以多壁碳纳米管为复合性承载材料，在其表面进行化学镀钴处理，获得钴/碳纳米管壁多包层钴包碳复合粉末。通过将多壁碳纳米管进行刻蚀、纯化、敏化、活化处理后，加入到含钴离子的化学镀液中进行单次或多次化学镀钴处理，再经烘干、研磨、筛选，获得多包层钴包碳纳米管复合粉末。本发明可以通过调整化学镀液的钴离子浓度、pH值、施镀温度、施镀时间、施镀次数等参数，控制碳纳米管表面沉积的钴粒子的均匀性、厚度等微观形貌特征。

技术领域

本发明涉及金属粉体材料制备领域，特别涉及一种多包层钴包碳纳米管复合粉末及制备方法，产品主要面向粉末冶金、颜料、激光增材制造等技术领域。

背景技术

碳纳米管—一种由纯碳原子经sp²杂化键两两相连形成的一种中空管状结构，一般其管径为几纳米至几十纳米，长度可达几十微米甚至几米。研究表明，该材料与其姊妹材料——石墨烯一样，是当前人类发现的质量最轻、强度最高的材料：其弹性模量可达1TPa，抗拉强度达100-250GPa，且由于研究较早，制备工艺较为成熟，制造成本远低石墨烯，因而被视为一种极为理想的纳米增强材料，在材料强化领域应用潜力巨大。

高于制备合成的温度相对较低，碳纳米管增强的高分子材料的制造及应力已比较成熟。但是，不同于高分子，合金的熔化及制备温度较高，且碳纳米管由于质量较轻，在熔融合金液体中容易上浮团聚，进而失去其该有的增强效果。因此，当前制备碳纳米管增强的合金一般通过粉末冶金、放电等离子烧结等粉末烧结的方法进行制造。但是，由于粉末烧结过程中合金没有熔化，因而合金强度相对较低，碳纳米管增强效果亦欠佳。

激光增材制造是采用高能激光束作为热源，辐照至同步送入的合金粉末上并将其熔化，形成熔池，而当激光束移开后，熔池迅速凝固，形成增材制造合金层。由于激光形成的合金熔池停留时间极短，碳纳米管来不及上浮合金便已凝固；同时熔池本身存在流动，可以进一步分散碳纳米壁，避免其上浮团聚。因此，激光增材制造有望成为熔化结合的碳纳米管增强合金的一种有效技术。但是，当前依然存在两大难点：1)激光的能量较高，其对碳纳米管直接辐照容易破坏其结构完整性；2)碳纳米管由于表面能较高，导致其与金属熔液间的润湿性较差，使两者的最终界面结合不良。

研究表明，通过在碳纳米管表面进行化学镀，包覆一层金属层，一方面可以避免激光增材制造过程中激光对碳纳米管的直接辐照，减少其结构破坏；另一方面，可以增加碳纳米管与合金之间的界面结合，最终提高其增强效果。

但是，当前碳纳米管表面化学镀的可见报道中，可镀的金属主要是镍和铜，而其它金属基本未见报道。拓展碳纳米管表面的可镀金属，可以极大地拓宽碳纳米管的合金应用体系；同时可以通过多种金属的多次化学镀，有望通过碳纳米管的表面化学镀，获得碳纳米管复合的合金粉末，从而研发出新型的特种合金。

发明内容

有鉴于现有技术的上述问题，本发明目的拓展碳纳米管表面可镀金属的范围，提供一种多包层钴包碳纳米管复合粉末及制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多包层钴包碳纳米管复合粉末，以多壁碳纳米管为符合性沉积基体，在其表面进行化学镀钴处理，获得钴/碳纳米管壁多包层钴包碳复合粉末。

作为优选，碳纳米管为多层碳纳米管，层数为1～3层，初始碳纳米管含有丰富的缺陷，为钴提供很好的镶嵌位点，能够更好地使钴附着在多层碳纳米管上。

作为优选，钴/碳纳米管壁复合粉末为层层交替结构，具有极强的结合效果，在普通砂纸摩擦下不易分离。

本发明还包括一种多包层钴包碳纳米管复合粉末的制备方法，所述方法包括以下步骤：

1.将碳纳米管经过刻蚀、纯化、敏化、活化处理后至于超声机内超声分散，时间为1-2小时；