CN109518049A - 一种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109518049A
CN109518049A CN201811299502.3A CN201811299502A CN109518049A CN 109518049 A CN109518049 A CN 109518049A CN 201811299502 A CN201811299502 A CN 201811299502A CN 109518049 A CN109518049 A CN 109518049A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon nanotube
nickel
composites
plating
plating carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811299502.3A
Other languages
English (en)
Inventor
张扬
秦希云
陈晓阳
刘骁
卢雅琳
李小平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University of Technology
Original Assignee
Jiangsu University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University of Technology filed Critical Jiangsu University of Technology
Priority to CN201811299502.3A priority Critical patent/CN109518049A/zh
Publication of CN109518049A publication Critical patent/CN109518049A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C23/00—Alloys based on magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1005—Pretreatment of the non-metallic additives
    • C22C1/101—Pretreatment of the non-metallic additives by coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及金属材料技术领域，尤其是一种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料及其制备方法。其组成包括：0.5～3wt.％的镀镍碳纳米管，6～20wt.％的锂，1～5wt.％的铝，余量为镁。其中纳米管为单壁或多壁碳纳米管，长径比大于20，镀镍层厚度为20～40nm。该镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料的制备方法，包括预压和熔炼两个步骤。通过向镁锂合金基体中加入表面镀镍的碳纳米管，抑制锂元素与碳元素的反应，保护碳纳米管不被破坏，同时通过镍元素与镁元素的结合，提高碳纳米管与合金基体的结合强度，从而大幅提高镁锂基复合材料的强度。

Description

一种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，涉及一种镁锂基复合材料及其制备方法，尤其涉及一种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料。
背景技术
现代航空航天领域对飞行器结构的减重要求已经不再是“斤斤计较”，而是“克克计较”。因此，新型超轻金属结构材料的开发显得尤为重要。镁锂合金是以镁和锂为主要组成元素的合金材料，由于锂的密度仅为0.534g/cm3，镁锂合金是目前为止密度最轻的金属结构材料。根据锂含量的不同，镁锂合金的密度在1.25～1.65g/cm3之间变化，不仅远低于钢、钛合金和铝合金，与普通镁合金相比也有明显优势(普通镁合金密度约为1.8g/cm3)。
镁锂二元合金的强度很低，几乎不具备工程应用价值。Al、Zn、Cd几种元素在镁锂合金中的强化效果较好，但合金的组织及性能稳定性较差，在室温或稍高于室温时易产生过时效现象。碳纳米管具有极高的强度，是复合材料中理想的增强相。研究还发现，适量的碳纳米管加入能够同时提高复合材料的强度和塑性。但是由于镁锂合金基体中锂元素的化学性质活泼，与碳纳米管反应导致碳纳米管破裂失效，失去强化效果。马春江等人研究发现镁锂基复合材料中锂元素与碳纤维反应使碳纤维受到侵蚀(马春江,张获,覃继宁,等.镁锂基复合材料界面结构及热力学分析[J].稀有金属,1999,23(6):401-404.)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料及其制备方法。通过向镁锂合金基体中加入表面镀镍的碳纳米管，抑制锂元素与碳元素的反应，保护碳纳米管不被破坏，同时通过镍元素与镁元素的结合，提高碳纳米管与合金基体的结合强度，从而大幅提高镁锂基复合材料的强度。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料，包含以重量百分比计的下列组分：0.5～3wt％的镀镍碳纳米管，6～20wt.％的锂，1～5wt.％的铝，余量为镁。
本发明所述的镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料，其中，碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管。
本发明所述的镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料，其中，碳纳米管的长径比大于20。
本发明所述的镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料，其中，镀镍层厚度为20～40nm。
本发明任一所述的镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，将镀镍碳纳米管分散到无水乙醇中，再加入纯镁粉，水浴超声搅拌至无水乙醇全部蒸发，即得混合粉末。对混合粉末进行预压，得到预压块；
第二步，按照复合材料的成分要求，扣除第一步中加入的镁粉，计算剩余元素配比并熔炼；待基体合金熔化后向熔体中加入上述预压块，继续熔炼并铸造成形，最后得到镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料。。
其中，所述步骤一中，预压压力为10～40MPa，时间为1～10min。
其中，所述步骤二中，熔炼采用密封惰性气氛下的感应熔炼，熔炼过程中施加感应熔炼自带的电磁搅拌和外加的机械搅拌。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明以镀镍碳纳米管为增强相，保证了碳纳米管不与锂元素反应而破坏失效；
(2)本发明通过加入具有极高强度的碳纳米管作为增强相，大幅提高了镁锂基复合材料的强度，同时保证复合材料的塑性无明显降低；
(3)本发明通过加入密度与镁锂合金基体密度相近的碳纳米管作为增强相，在提高强度的同时确保密度无明显变化；
(4)本发明通过加入铝元素，起到促进基体中晶粒细化和固溶强化的作用。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料，包含以重量百分比计的下列组分：0.5wt.％的镀镍碳纳米管，6wt.％的锂，1wt.％的铝，余量为镁。碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管，长径比大于20，镀镍层厚度为20～40nm。
该镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料的制备方法如下：
第一步，将镀镍碳纳米管分散到无水乙醇中，再加入纯镁粉，水浴超声搅拌至无水乙醇全部蒸发，即得混合粉末。对混合粉末进行预压，得到预压块。预压压力为10MPa，时间为1min。
第二步，按照复合材料的成分要求，扣除第一步中加入的镁粉，计算剩余元素配比并熔炼。待基体合金熔化后向熔体中加入上述预压块，继续熔炼并铸造成形，最后得到镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料。其中，熔炼采用密封惰性气氛下的感应熔炼，熔炼过程中施加感应熔炼自带的电磁搅拌和外加的机械搅拌。
经检测，该镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料的室温力学性能如下：屈服强度为141MPa，抗拉强度为174MPa，延伸率为16％。与基体相比，屈服强度和抗拉强度分别提高72％和65％以上，延伸率提高5％以上。
实施例2
一种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料，包含以重量百分比计的下列组分：1wt.％的镀镍碳纳米管，14wt.％的锂，3wt.％的铝，余量为镁。碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管，长径比大于20，镀镍层厚度为20～40nm。
该镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料的制备方法如下：
第一步，将镀镍碳纳米管分散到无水乙醇中，再加入纯镁粉，水浴超声搅拌至无水乙醇全部蒸发，即得混合粉末。对混合粉末进行预压，得到预压块。预压压力为20MPa，时间为5min。
第二步，按照复合材料的成分要求，扣除第一步中加入的镁粉，计算剩余元素配比并熔炼。待基体合金熔化后向熔体中加入上述预压块，继续熔炼并铸造成形，最后得到镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料。其中，熔炼采用密封惰性气氛下的感应熔炼，熔炼过程中施加感应熔炼自带的电磁搅拌和外加的机械搅拌。
经检测，该镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料的室温力学性能如下：屈服强度为131MPa，抗拉强度为231MPa，延伸率为21％。与基体相比，屈服强度和抗拉强度分别提高95％和85％以上，延伸率提高20％以上。
实施例3
一种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料，包含以重量百分比计的下列组分：23wt.％的镀镍碳纳米管，20wt.％的锂，5wt.％的铝，余量为镁。碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管，长径比大于20，镀镍层厚度为20～40nm。
该镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料的制备方法如下：
第一步，将镀镍碳纳米管分散到无水乙醇中，再加入纯镁粉，水浴超声搅拌至无水乙醇全部蒸发，即得混合粉末。对混合粉末进行预压，得到预压块。预压压力为40MPa，时间为10min。
第二步，按照复合材料的成分要求，扣除第一步中加入的镁粉，计算剩余元素配比并熔炼。待基体合金熔化后向熔体中加入上述预压块，继续熔炼并铸造成形，最后得到镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料。其中，熔炼采用密封惰性气氛下的感应熔炼，熔炼过程中施加感应熔炼自带的电磁搅拌和外加的机械搅拌。
经检测，该镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料的室温力学性能如下：屈服强度为154MPa，抗拉强度为194MPa，延伸率为8％。与基体相比，屈服强度和抗拉强度分别提高87％和64％以上，延伸率降低约30％。
为突出本发明的有益效果，还进行了以下对比例实验。
对比例
采用与本发明相同的方法制备了三种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料，成分如表1所示。
表1对比例中三种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料的成分
镀镍碳纳米管 锂 铝 镁
1# 0.2wt.％ 6wt.％ 1wt.％ 余量
2# 5wt.％ 6wt.％ 1wt.％ 余量
3# 0.5wt.％ 3wt.％ 1wt.％ 余量
经检测，三种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料的室温力学性能如表2所示。
表2对比例中三种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料的力学性能
屈服强度 抗拉强度 延伸率
1# 98MPa 135MPa 18％
2# 151MPa 178MPa 6％
3# 146MPa 169MPa 7％
与实施例1对比发现，对比例中1#材料由于镀镍碳纳米管含量过低，强化效果不明显；2#材料由于镀镍碳纳米管含量过高，产生偏聚和缠结，强化效果与实施例1相当，但代表塑性的延伸率下降明显；3#材料由于锂含量过低，使复合材料基体塑性过低，导致最终延伸率偏低。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料，其特征在于：包含以重量百分比计的下列组分：0.5～3wt％的镀镍碳纳米管，6～20wt.％的锂，1～5wt.％的铝，余量为镁。
2.根据权利要求1所述的镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料，其特征在于：碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管。
3.根据权利要求1所述的镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料，其特征在于：碳纳米管的长径比大于20。
4.根据权利要求1所述的镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料，其特征在于：镀镍层厚度为20～40nm。
5.权利要求1-4任一所述的镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将镀镍碳纳米管分散到无水乙醇中，再加入纯镁粉，水浴超声搅拌至无水乙醇全部蒸发，即得混合粉末。对混合粉末进行预压，得到预压块；
第二步，按照复合材料的成分要求，扣除第一步中加入的镁粉，计算剩余元素配比并熔炼；待基体合金熔化后向熔体中加入上述预压块，继续熔炼并铸造成形，最后得到镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料。
6.根据权利要求5所述的镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，预压压力为10～40MPa，时间为1～10min。
7.根据权利要求5所述的镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，熔炼采用密封惰性气氛下的感应熔炼，熔炼过程中施加感应熔炼自带的电磁搅拌和外加的机械搅拌。
CN201811299502.3A 2018-10-31 2018-10-31 一种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料及其制备方法 Pending CN109518049A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811299502.3A CN109518049A (zh) 2018-10-31 2018-10-31 一种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811299502.3A CN109518049A (zh) 2018-10-31 2018-10-31 一种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109518049A true CN109518049A (zh) 2019-03-26

Family

ID=65774053

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811299502.3A Pending CN109518049A (zh) 2018-10-31 2018-10-31 一种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109518049A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110172652A (zh) * 2019-06-17 2019-08-27 江仁燕 一种短切碳纤维增强Mg-Al-Li系合金基复合材料
CN110343921A (zh) * 2019-07-18 2019-10-18 江苏理工学院 一种多元多尺度混杂增强镁锂基复合材料及其制备方法
CN111363962A (zh) * 2020-04-23 2020-07-03 上海交通大学 超轻高弹性模量的碳纳米管增强镁锂复合材料及制备方法
CN111910098A (zh) * 2020-06-30 2020-11-10 上海交通大学 一种石墨烯/碳纳米管增强镁锂基复合材料的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101818314A (zh) * 2009-11-16 2010-09-01 兰州理工大学 一种增强az91d镁合金力学性能的方法
CN101818313A (zh) * 2009-11-16 2010-09-01 兰州理工大学 一种增强镁基复合材料性能的方法
CN102747240A (zh) * 2012-05-15 2012-10-24 东北大学 一种碳纳米管增强镁基复合材料的制备方法
CN105200353A (zh) * 2015-10-17 2015-12-30 国家电网公司 一种镀镍碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101818314A (zh) * 2009-11-16 2010-09-01 兰州理工大学 一种增强az91d镁合金力学性能的方法
CN101818313A (zh) * 2009-11-16 2010-09-01 兰州理工大学 一种增强镁基复合材料性能的方法
CN102747240A (zh) * 2012-05-15 2012-10-24 东北大学 一种碳纳米管增强镁基复合材料的制备方法
CN105200353A (zh) * 2015-10-17 2015-12-30 国家电网公司 一种镀镍碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
朱小平: "碳纳米管增强镁基复合材料的组织性能及变形行为研究", 《中国优秀硕士论文（工程I辑）》 *
李维学: "碳纳米管增强镁基复合材料热残余应力的有限元分析", 《复合材料学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110172652A (zh) * 2019-06-17 2019-08-27 江仁燕 一种短切碳纤维增强Mg-Al-Li系合金基复合材料
CN110343921A (zh) * 2019-07-18 2019-10-18 江苏理工学院 一种多元多尺度混杂增强镁锂基复合材料及其制备方法
CN111363962A (zh) * 2020-04-23 2020-07-03 上海交通大学 超轻高弹性模量的碳纳米管增强镁锂复合材料及制备方法
CN111363962B (zh) * 2020-04-23 2021-08-03 上海交通大学 超轻高弹性模量的碳纳米管增强镁锂复合材料及制备方法
CN111910098A (zh) * 2020-06-30 2020-11-10 上海交通大学 一种石墨烯/碳纳米管增强镁锂基复合材料的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109518049A (zh) 一种镀镍碳纳米管增强镁锂基复合材料及其制备方法
CN100467647C (zh) 一种高强度耐热压铸镁合金及其制备方法
CN103122431B (zh) 一种长周期结构相增强的镁锂合金的制备方法
CN104233033B (zh) 一种高强高韧镁基合金及其制备方法
CN108315618B (zh) 一种lpso结构增强镁锂合金的制备方法
CN104233028A (zh) 一种增强镁基合金及其制备方法
CN112899531A (zh) 一种高熵合金颗粒增强铝基复合材料及磁场辅助制备方法
CN103160721A (zh) 一种高硬度耐热镁合金
CN110218914B (zh) 一种高强耐磨的铸造铝硅合金及其铸造方法
CN109554564B (zh) 一种非晶合金颗粒与碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法
CN104818399A (zh) 一种镁-铝-碳化硅中间合金材料及其制备方法
CN102534314A (zh) 一种六硼化镧增强铝硅基复合材料及其制备方法
CN106947901B (zh) 一种高强度高弹性模量镁锂基复合材料及其制备方法
CN111363962B (zh) 超轻高弹性模量的碳纳米管增强镁锂复合材料及制备方法
CN102808119A (zh) 一种轻质高温耐磨铝合金
CN105256190A (zh) 一种多掺杂中间合金材料及其制备方法
CN109321794B (zh) Al2Ca颗粒和碳纳米管混杂增强超轻镁锂基复合材料及制备方法
CN101555575B (zh) 一种钛铝金属间化合物-碳纳米管复合材料的制备及产物
CN103305730A (zh) 一种新型Al-Si-Mg-Cu-Sr铸造合金
CN114959379B (zh) 一种适用于激光选区熔化的耐热高强铝合金及其制备方法
CN106222500B (zh) 一种铝基复合材料及制备方法
CN103194649B (zh) 一种高强度Zr-Al-Sn系列合金及其制备方法
CN100575535C (zh) 金属表面形成TiB2陶瓷复合材料的方法
CN107974579A (zh) 一种稀土铝合金
CN109321793B (zh) Al2Y颗粒和碳纳米管混杂增强超轻镁锂基复合材料及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190326

RJ01 Rejection of invention patent application after publication