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CN111534724A - 高强度高分散的纳米改性铝合金和其制备方法及其用途 - Google Patents

高强度高分散的纳米改性铝合金和其制备方法及其用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度高分散的纳米改性铝合金和其制备方法及其用途，它包括纳米改性粉末树脂层和第一铝片，纳米改性粉末树脂层喷涂于第一铝片的上表面。高强度高分散的纳米改性铝合金用于制作纳米改性铝合金金具。制备方法包括如下步骤：步骤1：将碳纳米管在去离子水中进行超声波振荡分散后利用离心机进行干燥过滤处理；步骤2：将分散后并干燥过滤过的碳纳米管与有机树脂颗粒碾合成纳米改性粉末树脂；步骤3：将该纳米改性粉末树脂喷涂于铝片表面；步骤4：将喷涂了纳米改性粉末树脂的铝片进行热压处理，形成纳米改性铝合金成品。利用该方法制造的碳纳米管改性铝合金材料具有结构严密、性能优异的特点。

Description

高强度高分散的纳米改性铝合金和其制备方法及其用途
技术领域
本发明属于铝合金制备技术领域，具体涉及一种高强度高分散的纳米改性铝合金和其制备方法及其用途。
技术背景
目前，铝合金因具有质轻且柔软、强度好、耐蚀性能好、加工性能好、易于再生等优点，是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。然而随着科技的发展，各行各业对于铝合金力学性能的追求日益增强，传统铝合金已无法满足新型设备、工具等部件的高性能要求。纳米改性复合材料由于具有超高的性能特性，为当今材料方向的研究热点。但是，纳米材料难分散、易团聚，难以发挥其在铝合金基体中的优势。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种高强度高分散的纳米改性铝合金和其制备方法及其用途，利用该方法制造的碳纳米管改性铝合金材料具有结构严密、性能优异的特点。
为实现此目的，本发明所设计的一种高强度高分散的纳米改性铝合金，它包括纳米改性粉末树脂层和第一铝片，所述纳米改性粉末树脂层喷涂于第一铝片的上表面，该纳米改性粉末树脂层的顶面能涂覆于第二铝片的下表面，第一铝片的下表面能涂覆另一纳米改性粉末树脂层。
所述纳米改性粉末树脂层的厚度为50～200μm，所述第一铝片的厚度为100～1000μm，第二铝片的厚度为100～1000μm。
高强度高分散的纳米改性铝合金的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：将碳纳米管利用超声波细胞粉碎机进行超声波振荡分散后(分散后的碳纳米管)进行过滤干燥处理，使团聚的碳纳米管预先分散；
步骤2：利用双螺杆挤出机将分散后并干燥过滤过的碳纳米管与有机树脂颗粒碾合成纳米改性粉末树脂，粉末树脂颗粒对分散好的碳纳米管有钉扎作用，防止碳纳米管再次团聚；
步骤3：将该纳米改性粉末树脂喷涂于铝片表面；
步骤4：将喷涂了纳米改性粉末树脂的铝片利用真空热压设备进行热压处理，保证碳纳米管在铝基体中分布均匀，形成纳米改性铝合金成品。
上述技术方案的步骤1中，将碳纳米管在去离子水中利用超声波细胞粉碎机进行超声波振荡分散后利用离心机进行过滤，滤除掉去离子水，然后用烘箱干燥。
上述技术方案的步骤3中利用静电喷枪将该纳米改性粉末树脂喷涂于铝片表面，粉末涂料使用静电喷枪，可以使喷出来的粉末颗粒带电，从而能很好的吸附在铝片表面。
上述技术方案的步骤4中，将喷涂了纳米改性粉末树脂的铝片采用交错层叠方式进行热压处理，即热压处理时，采用一层铝一层涂层的交错层叠结构，这样可以尽量让碳纳米管在铝基体中分布均匀。
上述技术方案的步骤1中所述碳纳米管的管径(直径)为40～80nm。
上述技术方案的步骤1中超声波振荡的时间为30～120min，超声波振荡所使用的超声波频率范围为50～200Hz。
上述技术方案的步骤2中所述双螺杆挤出机的双螺杆挤出速度为5～50r/min。
上述技术方案的步骤2中的有机树脂颗粒的种类为环氧树脂颗粒、有机硅树脂颗粒、聚氨酯树脂颗粒、丙烯酸树脂颗粒中的一种或多种，不同的树脂与碳纳米管的相容性不同，可以根据实际应用环境进行选择。
上述技术方案的步骤4中的热压温度为400～600℃。
一种上述高强度高分散的纳米改性铝合金的用途，其特征在于：所述高强度高分散的纳米改性铝合金用于制作纳米改性铝合金金具，碳纳米管在铝基体中的分散，具有弥散强化作用，使得纳米改性铝合金金具具有优良的抗拉强度。
本发明有益效果：
本发明采用有机树脂颗粒与预分散好的碳纳米管相结合，并将该纳米改性粉末颗粒喷涂于铝板表面，对碳纳米管进行一定程度的定型，粉末树脂颗粒对分散好的碳纳米管有钉扎作用，防止碳纳米管再次团聚，有效保证碳纳米管在铝基体中的优良分散状态；
本发明采用交错层叠的方式进行热压，确保了碳纳米管在铝基体中的均匀分布，极大保证了最终成品的成分均匀；
本发明的制备工艺所需设备简单，成本较低，操作方便，制备周期较短，所用原材料绿色环保无污染，适用于工业化批量生产。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的工艺流程框图；
其中，1—纳米改性粉末树脂层、2—第一铝片、3—第二铝片。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：
实施例一：
如图1所示，本发明提供的一种高强度高分散的纳米改性铝合金，它包括纳米改性粉末树脂层1和第一铝片2，所述纳米改性粉末树脂层1喷涂于第一铝片2的上表面。所述纳米改性粉末树脂层1的顶面能涂覆于第二铝片3的下表面，第一铝片2的下表面能涂覆另一纳米改性粉末树脂层1，形成交错层叠结构。所述高强度高分散的纳米改性铝合金用于制作纳米改性铝合金金具。
所述纳米改性粉末树脂层可参照本申请中制备方法实施例制得，并根据制备方法实施例中的步骤涂覆于各层铝片上。
所述纳米改性粉末树脂层1的厚度为50～200μm，所述第一铝片2的厚度为100～1000μm，第二铝片3的厚度为100～1000μm。如图2所示，本发明的高强度高分散的碳纳米管改性铝合金材料的制备方法包括如下步骤：
步骤1：将管径为60nm的碳纳米管在去离子水中利用超声波细胞粉碎机进行频率为50Hz的超声波振荡分散90min后利用离心机进行过滤，滤除掉去离子水，然后用烘箱干燥；
步骤2：利用双螺杆挤出机将分散好的碳纳米管与环氧树脂颗粒以30r/min的转速碾合成纳米改性粉末树脂；
步骤3：利用静电喷枪将该纳米改性粉末树脂喷涂于铝片表面，喷涂厚度为100μm，铝片厚度为100μm；
步骤4：最后将该铝片经过550℃热压，形成最终成品。
实施例二：
按照实施例一的步骤制备，与实施例一的不同点在于，所述步骤1中的碳纳米管管径为40nm，超声波振荡所使用的超声波频率为80Hz。
实施例三：
按照实施例一的步骤制备，与实施例一的不同点在于，所述步骤1中的碳纳米管管径为50nm，超声波振荡所使用的超声波频率为100Hz。
实施例四：
按照实施例一的步骤制备，与实施例一的不同点在于，所述步骤1中的碳纳米管管径为80nm，超声波振荡所使用的超声波频率为200Hz。
实施例五：
按照实施例一的步骤制备，与实施例一的不同点在于，所述步骤1中的超声波振荡时间为30min。
实施例六：
按照实施例一的步骤制备，与实施例一的不同点在于，所述步骤1中的超声波振荡时间为60min。
实施例七：
按照实施例一的步骤制备，与实施例一的不同点在于，所述步骤1中的超声波振荡时间为120min。
实施例八：
按照实施例一的步骤制备，与实施例一的不同点在于，所述步骤2中的双螺杆挤出速度为5r/min。
实施例九：
按照实施例一的步骤制备，与实施例一的不同点在于，所述步骤2中的双螺杆挤出速度为15r/min。
实施例十：
按照实施例一的步骤制备，与实施例一的不同点在于，所述步骤2中的双螺杆挤出速度为50r/min。
实施例十一：
按照实施例一的步骤制备，与实施例一的不同点在于，所述步骤3中的涂层厚度为50μm，铝片厚度为100μm。
实施例十二：
按照实施例一的步骤制备，与实施例一的不同点在于，所述步骤3中的涂层厚度为150μm，铝片厚度为500μm。
实施例十三：
按照实施例一的步骤制备，与实施例一的不同点在于，所述步骤3中的涂层厚度为200μm，铝片厚度为1000μm。
实施例十四：
按照实施例一的步骤制备，与实施例一的不同点在于，所述步骤4中的热压温度为400℃。
实施例十五：
按照实施例一的步骤制备，与实施例一的不同点在于，所述步骤4中的热压温度为500℃。
实施例十六：
按照实施例一的步骤制备，与实施例一的不同点在于，所述步骤4中的热压温度为600℃。
对实施例一至十六所制得一种高强度高分散的碳纳米管改性铝合金材料的力学性能进行测试，其抗拉强度如表一所示：
样品 抗拉强度(MPa)
实施例一 750
实施例二 703
实施例三 712
实施例四 722
实施例五 708
实施例六 714
实施例七 719
实施例八 733
实施例九 728
实施例十 717
实施例十一 701
实施例十二 706
实施例十三 726
实施例十四 714
实施例十五 742
实施例十六 735
从表一中可看出，由实施例一到十六所制得一种高强度高分散的碳纳米管改性铝合金材料，分别以碳纳米管管径、超声分散的时间、双螺杆挤出速度、喷涂涂层厚度、热压温度为变量，通过对比实验，采用实施例一中的工艺参数所得到的铝合金的抗拉强度可以达到750MPa，均优于其他各实施例。因此，可选用实施例一中的配方作为最优工艺参数。
以上对本发明实施例中的技术方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种高强度高分散的纳米改性铝合金，其特征在于：它包括纳米改性粉末树脂层(1)和第一铝片(2)，所述纳米改性粉末树脂层(1)喷涂于第一铝片(2)的上表面。
2.根据权利要求1所述的高强度高分散的纳米改性铝合金，其特征在于：所述纳米改性粉末树脂层(1)的顶面能涂覆于第二铝片(3)的下表面，第一铝片(2)的下表面能涂覆另一纳米改性粉末树脂层(1)。
3.根据权利要求2所述的高强度高分散的纳米改性铝合金，其特征在于：所述纳米改性粉末树脂层(1)的厚度为50～200μm，所述第一铝片(2)的厚度为100～1000μm，第二铝片(3)的厚度为100～1000μm。
4.一种高强度高分散的纳米改性铝合金的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：将碳纳米管进行超声波振荡分散后进行干燥过滤处理；
步骤2：将分散后并干燥过滤过的碳纳米管与有机树脂颗粒碾合成纳米改性粉末树脂；
步骤3：将该纳米改性粉末树脂喷涂于铝片表面；
步骤4：将喷涂了纳米改性粉末树脂的铝片进行热压处理，形成纳米改性铝合金成品。
5.根据权利要求4所述的高强度高分散的纳米改性铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，将碳纳米管在去离子水中利用超声波细胞粉碎机进行超声波振荡分散后利用离心机进行过滤，滤除掉去离子水，然后用烘箱干燥。
6.根据权利要求4所述的高强度高分散的纳米改性铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，利用双螺杆挤出机将分散后并干燥过滤的碳纳米管与有机树脂颗粒碾合成纳米改性粉末树脂；所述步骤3中利用静电喷枪将该纳米改性粉末树脂喷涂于铝片表面。
7.根据权利要求4所述的高强度高分散的纳米改性铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤1中所述碳纳米管的管径为40～80nm。
8.根据权利要求4所述的高强度高分散的纳米改性铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤1中超声波振荡的时间为30～120min，超声波振荡所使用的超声波频率为50～200Hz；所述步骤2中所述双螺杆挤出机的双螺杆挤出速度为5～50r/min；所述步骤4中的热压温度为400～600℃。
9.根据权利要求4所述的高强度高分散的纳米改性铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的有机树脂颗粒的种类为环氧树脂颗粒、有机硅树脂颗粒、聚氨酯树脂颗粒、丙烯酸树脂颗粒中的一种或多种。
10.一种权利要求1所述的高强度高分散的纳米改性铝合金的用途，其特征在于：所述高强度高分散的纳米改性铝合金用于制作纳米改性铝合金金具。
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