本發(fā)明屬于金屬材料制備領(lǐng)域，涉及納米增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料制備的方法。

背景技術(shù)：
近年來，隨著航空航天、汽車、機(jī)械及電子行業(yè)等高技術(shù)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，對納米增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的需求正在逐年增加。鋁基復(fù)合材料來源廣泛，加工性能好，具有較高的比強(qiáng)度、比模量，受到高度重視。采用碳納米管（CNTs）制備鋁基復(fù)合材料具有添加量少、性能提高幅度大等優(yōu)點(diǎn)，碳納米管作為增強(qiáng)體對與提高復(fù)合材料的力學(xué)性能及導(dǎo)熱導(dǎo)電性能具有重要的應(yīng)用價(jià)值和不可估量的研發(fā)前景。然而碳納米管與鋁合金基體的潤濕性差，不能形成良好的界面；碳納米管極易團(tuán)聚，如何將其在復(fù)合材料中均勻分散是材料制備中遇到的首要問題。目前碳納米管增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法主要為攪拌鑄造法和粉末冶金法。在公開號(hào)為CN101864547A名稱為“均勻分散的碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法”中，由鎳鹽與鋁粉以浸漬法制備催化劑前軀體粉末；前軀體粉末經(jīng)煅燒、氫氣還原或前軀體粉末直接經(jīng)氫氣還原制備Ni/Al催化劑；Ni/Al催化劑在管式爐中與通入的碳源氣和載氣的混合氣進(jìn)行催化裂解反應(yīng)，制備碳納米管和鋁復(fù)合粉末；碳納米管和鋁復(fù)合粉末經(jīng)冷壓、燒結(jié)和熱擠壓制得均勻分散的碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料塊體。該方法存在以下缺陷：（1）所得復(fù)合材料具有粉末冶金法所固有的缺陷，如氣孔、致密度低等，需進(jìn)行二次加工（熱擠壓）以提高材料的致密度，減少缺陷；（2）制備工藝繁瑣，設(shè)備及原料成本高；（3）碳納米管在球磨過程中受到擠壓剪切等強(qiáng)外力作用，碳納米管長度變短，受到嚴(yán)重?fù)p傷；（4）產(chǎn)品形狀受到限制。攪拌鑄造法是制備顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的傳統(tǒng)工藝，當(dāng)采用攪拌鑄造工藝制備納米增強(qiáng)復(fù)合材料時(shí)易導(dǎo)致納米顆粒的偏聚和團(tuán)簇。高能超聲波在熔體介質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生周期性的應(yīng)力和聲壓，并由此導(dǎo)致許多非線性效應(yīng)，如聲空化和聲流效應(yīng)等。高能超聲的這些效應(yīng)可以在極短的時(shí)間內(nèi)顯著改善微細(xì)顆粒與熔體的潤濕性，并迫使其在熔體中均勻分散。因此，如何將超聲工藝與傳統(tǒng)鑄造工藝結(jié)合用于制備碳納米管增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，不僅使增強(qiáng)相在基體中均勻分散，而且還保留傳統(tǒng)鑄造工藝凈成形的特點(diǎn)，是近年來研究的一大熱點(diǎn)。在公開號(hào)為CN102943223A名稱為“一種超聲場下高導(dǎo)熱系數(shù)鋁基復(fù)合材料的制備方法”中，首先將碳納米管進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，再把鍍好鎳的碳納米管加入半固態(tài)的鋁合金熔體中，攪拌一定時(shí)間后升溫至合金液相線溫度以上，進(jìn)行超聲處理后澆鑄。該方法的缺點(diǎn)在于化學(xué)鍍鎳工藝復(fù)雜繁瑣，成本較高；并且鋁合金熔體的半固態(tài)溫度區(qū)間狹小，合金溫度需精確控制，且攪拌時(shí)需在惰性氣體保護(hù)條件下進(jìn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種超聲制備碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法。該方法能克服上述方法的缺陷、工藝簡單，安全可靠，操作方便。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。（1）鋁-碳納米管（Al-CNTs）中間合金的制備：首先將碳納米管超聲分散于無水乙醇以降低碳納米管的團(tuán)聚，按鋁-碳納米管中間合金中碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8~10wt.%的配比將鋁粉加入到上述的碳納米管均勻分散的無水乙醇溶液中，然后對上述混合溶液一邊機(jī)械攪拌一邊加熱，將無水乙醇蒸干，將粉體放入烘干箱內(nèi)烘干，再把所得混合粉末放入模具壓制成塊，接著進(jìn)行熱壓燒結(jié)得鋁-碳納米管中間合金；（2）碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備：將鋁合金加熱至完全熔化后，加入鋁-碳納米管中間合金的同時(shí)施加超聲，促使碳納米管在鋁合金熔體中均勻分散，超聲處理結(jié)束后移除超聲桿調(diào)整熔體溫度至澆鑄溫度，澆鑄鑄件。本發(fā)明所述的碳納米管為多壁碳納米管。本發(fā)明所述步驟（1）的碳納米管超聲分散處理，超聲功率為80W，超聲時(shí)間為30~40min。本發(fā)明所述步驟（1）的熱壓燒結(jié)溫度為605~615℃，熱壓壓強(qiáng)為30~50MPa。本發(fā)明所述步驟（2）的超聲處理功率為400W~800W，作用時(shí)間為3~5min。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：用中間合金加入熔體時(shí)施加超聲的方法來替代球磨，可以有效避免了球磨過程對CNTs的損傷，在保持了碳納米管的完整性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)碳納米管增強(qiáng)相在鋁合金基體中的均勻分布；該方法制備工藝簡單穩(wěn)定，節(jié)約能源，制備周期短，能耗少；碳納米管與合金基體界面結(jié)合良好，所制得的鋁基復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能得到提高。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制得的鋁基復(fù)合材料的顯微組織圖片。具體實(shí)施方式實(shí)施例1。（1）Al粉和CNTs按CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8wt.%配料，首先將CNTs超聲分散于無水乙醇中，超聲30min后向混合溶液中加入Al粉。然后對上述混合溶液一邊施加機(jī)械攪拌一邊加熱，待無水乙醇蒸干后將粉體置入烘干箱內(nèi)烘干。再把所得混合粉末放入模具壓制成塊，接著在溫度為608℃、壓強(qiáng)為30MPa的條件下進(jìn)行熱壓燒結(jié)得Al-8CNTs中間合金。（2）將ZL301合金加熱至750℃完全熔化后，加入步驟（1）獲得的Al-8CNTs中間合金的同時(shí)進(jìn)行高能超聲處理3min，超聲功率為400W。移除超聲桿，調(diào)整熔體溫度至710℃，澆鑄至金屬模具中。實(shí)施例2。（1）Al粉和CNTs按CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11wt.%配料，首先將CNTs超聲分散于無水乙醇中，超聲40min后向混合溶液中加入Al粉。然后對上述混合溶液一邊施加機(jī)械攪拌一邊加熱，待無水乙醇蒸干后將粉體置入烘干箱內(nèi)烘干。再把所得混合粉末放入模具壓制成塊，接著在溫度為615℃、壓強(qiáng)為50MPa的條件下進(jìn)行熱壓燒結(jié)得Al-11CNTs中間合金。（2）將YL302合金加熱至770℃完全熔化后，加入步驟（1）獲得的Al-11CNTs中間合金的同時(shí)進(jìn)行高能超聲處理5min，超聲功率為800W。移除超聲桿，調(diào)整熔體溫度至710℃，壓鑄成型。