[发明专利]一种超声波辅助机械搅拌制备新型镁基复合材料的方法

说明书

发明提出一种碳纳米管增强镁基复合材料的制备方法，该方法通过一系列工艺流程使碳纳米管均匀分布在镁基体中，获得增强镁基复合材料，合金由下述重量百分比的组分组成：8%Al，2%Si，0.75%Sb，0.5%Ca，1%的碳纳米管，余量为Mg，原料为：纯镁锭，铝锭，锑锭，Mg‑10Al‑27Ca中间合金，Al‑50Si中间合金，镁屑，碳纳米管；具体实施和处理步骤为：(1)碳纳米管的预分散；(2)合金的熔炼及半固态搅拌；(3)超声波分散；该工艺解决了基体与复合材料润湿性差的问题，有效地消除了复合过程中的微孔、缩松等缺陷，细化合金组织，提高力学性能。

技术领域

本发明属于镁合金领域，具体涉及一种超声波辅助机械搅拌制备新型镁基复合材料的方法。

背景技术

进入21世纪以来，资源和环境已成为人类可持续发展的首要问题。因此，目前世界工业发展的趋势是节省能源、资源和绿色生产。镁合金作为最轻的工程结构金属材料，具有许多优异的独特性能，如比强度高、比模量高、导电导热性好，兼有良好的阻尼减震和电磁屏蔽性能，易于加工成形，良好的再生回用等优点，在汽车、通讯设备、航空等领域中得到了广泛的应用，因此，镁合金被认为是本世纪最有开发前途和应用潜力的“绿色工程材料”。

但是，镁合金存在弹性模量小、高温强度和抗蠕变性低、耐磨性差等严重的不足，而且仅仅通过合金化技术又不能加以解决，因此大大限制了镁合金的进一步发展及其工业应用。因此，解决镁合金性能方面存在的不足的最佳途径之一就是走复合材料的道路。

碳纳米管有高的弹性模量，碳纳米管的强度可以达到钢的 100倍和碳纤维的20倍，而碳纳米管的密度却只有钢的1/6和碳纤维的1/2，所以碳纳米管被认为是比强度最高的材料，碳纳米管具有优异的韧性，即使经过较大幅度的变形，依然能够恢复到原来的形态，碳纳米管的力学性能明显强于其它增强体，具有其他增强体无法比拟的综合力学性能。

目前，制备碳纳米管增强镁基复合材料的主要制备方法有：粉末冶金法、搅拌铸造法、搅拌摩擦技术、原位合成技术等。

众所周知，制约碳纳米管增强复合材料应用的主要障碍是其难以均匀分散在基体材料中，因为碳纳米管容易形成较大的团聚，碳纳米管表面结构比较完整，活性基团较少，所以在各种溶剂中的溶解比较困难，由于碳纳米管的表面不活泼，不易发生化学反应，其与基体合金的界面比较脆弱，结合不牢固。

发明内容

本发明的技术目的是针对当前碳纳米管在金属基复合材料制备工艺中的不足，提供一种超声波辅助机械搅拌制备新型镁基复合材料的方法，该方法通过一系列工艺流程使碳纳米管均匀分布在基体中，制得碳纳米管增强镁基复合材料。

碳纳米管增强镁基复合材料的制备方法，是通过以下技术方案实现的，其步骤如下，如图1所示。

(1)预分散的过程：首先计算并称量碳纳米管并加入到酒精中，添加一定量的化学分散剂，然后利用搅拌器对碳纳米管酒精溶液进行搅拌，再将碳纳米管酒精溶液放入超声池中进行超声处理 3h，直到获得稳定的碳纳米管悬浮液，在碳纳米管酒精溶液中加入适量的镁屑进行搅拌 3h，最后在通风橱中自然干燥，如图2所示。

(2)熔炼前将石墨坩埚、搅拌桨、超声波工具杆等熔炼工具上的杂质处理干净，并与去除氧化皮的纯镁锭、纯铝锭、纯锑锭，中间合金、镁粉一起放入电阻炉预热到200℃，去除水分；金属型表面涂覆润滑剂，将炉子升温到200℃，放入涂覆好涂料的石墨坩埚进行预热。

(3)半固态搅拌过程：将炉子预热到650℃，将镁锭加入坩埚中，将炉子温度设定为720℃，全程通入CO2和 SF6混合气体防止镁合金燃烧；镁锭完全熔化之后，加入预热好的铝锭，同时将加热温度调整到镁铝合金的半固态温度区间，到达设定温度之后，将搅拌桨放入熔体中进行搅拌，迅速将预分散好的碳纳米管加入涡流中；碳纳米管加入完毕后，继续搅拌一定时间来分散碳纳米管。