[发明专利]SW-CNTs纤维增强镁合金基复合材料丝材及方法

说明书

本发明公开了SW‑CNTs纤维增强镁合金基复合材料丝材，按重量百分比由以下原料组分组成：SW‑CNTs短纤维0.5‑1.5％、余量为镁合金粉，以上各组分重量百分比之和为100％。该丝材避免了SW‑CNTs纤维与镁合金基体之间润湿性差导致的界面结合强度弱的问题，充分发挥SW‑CNTs增强的镁合金基复合材料的综合力学性能和物理化学性能。其制备方法为：步骤1，高能球磨；步骤2，半固态射压制备坯料；步骤3，超细直径丝材的挤压制备。

技术领域

本发明属于金属基复合材料领域，具体涉及SW-CNTs纤维增强镁合金基复合材料丝材，还涉及该SW-CNTs纤维增强镁合金基复合材料丝材的制备方法。

背景技术

自1991年碳纳米管(CNTs)被日本科学家饭岛澄男发现以来，以其结构独特、具有优异物理和力学性能的新型碳纳米材料在材料领域受到了研究人员的广泛关注。CNTs分为多壁碳纳米管(MW-CNTs)和单壁碳纳米管(SW-CNTs)，由于CNTs自身具有独特的结构和优越的电学、光学、化学和热力学方面的优异性质，表现在极高的强度、弹性模量、较高的韧性、优异的导电和导热性、良好的结构稳定性和耐热性，同时它又兼备了碳的轻质特性。因此，在许多高新技术领域有着巨大的应用前景。

镁及镁合金具有高的比强度、弹性模量、硬度和尺寸稳定性，尤其是镁基复合材料具有以及优良的耐磨、耐蚀、减振性能、高温性能和良好的电磁屏蔽性，高的电负性和导热性，在航空航天、军工产品制造、汽车轻量化、电子及运输工业等领域获得了越来越广泛的关注和应用。SW-CNTs被认为是用作进一步改善镁基复合材料物理和力学性能的理想增强纤维相。将SW-CNTs和镁合金结合起来，既保留SW-CNTs在化学、物理和热力学方面的优势，又发挥镁合金轻质和独特的结构材料方面的优点，共同发挥二者优点，制备具有优异性能的镁合金基复合材料，并通过一定方法将其制备成≤Φ1mm的超细直径丝材，将可以直接用于电弧增材3D打印制备镁合金基复合材料大型结构件，应用前景十分广阔。然而，SW-CNTs之间存在着比较强的范德华力，导致很容易缠绕在一起或者团聚成束，严重制约了碳纳米管的应用。如何提高碳纳米管的分散性已成为目前迫切需要解决的问题。尤其是在镁合金基体中的分散性尤为重要。采用常规的普通物理法和化学功能化法是比较常用的分散碳纳米管的方法。但是这些方法均不能用于制备单壁碳纳米管(SW-CNTs)增强的镁合金基复合材料和超细直径丝材。

因此，必须采用新工艺和新方法来解决碳纳米管增强镁基复合材料现有制备过程中存在的问题，使所制得的碳纳米管增强镁基复合材料具有优异的综合性能，使SW-CNTs增强的镁合金基复合材料成为能够广泛应用于制造业轻量化领域的轻质结构材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种SW-CNTs纤维增强镁合金基复合材料丝材，避免了SW-CNTs纤维与镁合金基体之间润湿性差导致的界面结合强度弱的问题，充分发挥SW-CNTs增强的镁合金基复合材料的综合力学性能和物理化学性能。

本发明的另一个目的是提供SW-CNTs纤维增强镁合金基复合材料丝材的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，SW-CNTs纤维增强镁合金基复合材料丝材，按重量百分比由以下原料组分组成：SW-CNTs短纤维0.5-1.5％、余量为镁合金粉，以上各组分重量百分比之和为100％。

本发明的特点还在于，

SW-CNTs为单层碳纳米管纤维，其长度为2μm-5μm；镁合金粉为450目-600目任意标准牌号为AZ系或ZK系镁合金粉、亦或为根据要求的稀土镁合金粉。

本发明所采用的另一个技术方案是，SW-CNTs纤维增强镁合金基复合材料丝材的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，高能球磨：