CN109719297A - 一种多孔金属复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种多孔金属复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109719297A CN109719297A CN201910099291.7A CN201910099291A CN109719297A CN 109719297 A CN109719297 A CN 109719297A CN 201910099291 A CN201910099291 A CN 201910099291A CN 109719297 A CN109719297 A CN 109719297A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- composite material
- porous
- metal composite
- porous metal
- alloy powder
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及多孔金属技术领域，具体涉及一种多孔金属复合材料及其制备方法，多孔金属复合材料包括如下原料：PA、多孔合金粉、硅烷偶联剂和抗氧化剂，其中，所述多孔合金粉的制备方法包括如下步骤：(1)取铝粉、镍粉和纳米碳纤维进行加热熔融，形成合金液体；(2)利用气雾法将合金液体制成合金粉末；(3)将所述合金粉末在空气中进行灼烧。最终制得的多孔金属粉具有高孔隙率(30％‑40％)的特点，通过硅烷偶联剂处理后，与PA具有较好的相容分散性，从而可以制得机械性能好以及耐腐蚀的多孔金属复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及多孔金属技术领域，具体涉及一种多孔金属复合材料及其制备方法。
背景技术
多孔材料是一种新兴材料体系。近年来多孔材料的发展取得了高速的发展，其最显著的特点是多孔材料具有密度小、比表面积大、透气性好、吸附容量大等优点。
而多孔金属既拥有金属材料本身所具有的优良性能，又因为大量空隙结构的存在使其拥有优良的功能特性。与多孔陶瓷相比，多孔金属具有强度及韧性高、导电导热性好、抗冲击能力强、可焊接、易加工等优点。与多孔塑料相比，多孔金属具有耐高温、强度高、导电导热性好、可焊接、易加工等优点，多孔因而在工程中得到广泛的应用。正因为多孔金属材料具有结构材料利功能材料的特点，所以被广泛应用于航空航天、交通运输、建筑工程、机械工程、电化学工程、环境保护工程等领域，推动了现代工业技术的进步。
但是金属的特性导致将多孔金属加工成特定形状的产品时，是需要对金属进行在熔融的，因此容易破坏其多孔性质，不具有较好的加工性。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种多孔金属复合材料，将多孔合金粉末与PA进行结合形成的复合材料具有优良的加工性，不需要对多孔金属粉末进行再熔融，并且得到的复合材料兼具多孔金属的刚性和PA的韧性，还具有良好的耐腐蚀性；本发明的另一目的在于提供该多孔金属复合材料的制备方法，该制备方法简单高效，利于工业化生产。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种多孔金属复合材料，包括如下重量份数的原料：
其中，所述多孔合金粉的制备方法包括如下步骤：
(1)按重量比50-60：40-50:1-3的比例称取铝粉、镍粉和纳米碳纤维进行混合，在氮气保护范围下加热熔融，形成合金液体；
(2)利用气雾法将合金液体制成合金粉末；
(3)将所述合金粉末在空气中进行灼烧，即得到所述的多孔合金粉。
本发明多孔合金粉的制备机理为：铝的熔点在660℃左右，镍的熔点在1453℃左右，碳纤维的熔点在3500℃左右，在加热熔融过程中，镍和铝均熔化成液体，碳纤维以固态形式存在于合金液体中，而后在气雾法的过程中，镍和铝重新变成固体将碳纤维包覆在内，形成合金粉末，通过在空气中灼烧，可将裸露在合金粉末的碳纤维燃烧去除，提高合金粉末的多孔性，并且在合金粉末的表面形成氧化膜，增强合金粉末的耐腐蚀性。最终制得的多孔金属粉具有高孔隙率(30％-40％)的特点，通过硅烷偶联剂处理后，与PA具有较好的相容分散性，从而可以制得机械性能好以及耐腐蚀的多孔金属复合材料。
其中，所述纳米碳纤维的直径为120-180nm，长度为21.3-33.4μm。通过控制纳米碳纤维的长度和直径，可以改善纳米碳纤维在合金粉末中的分布状况，利于灼烧后形成稀疏多孔的合金粉末。
其中，所述步骤(1)中，加热熔融的温度为1500-1600℃。
其中，所述气雾法的具体条件为：雾化介质为氩气，雾化介质的气流压强为1.4-1.8MPa，合金液体的流速为0.6-1.0kg/min。控制气雾法的具体条件可以控制生成合金粉末的粒径、表面形貌等性质，得到的合金粉末形态均一，纳米碳纤维充分延伸出合金粉末外，利于后续的灼烧处理。
其中，所述步骤(3)中，灼烧的具体操作为：采用400-500℃的火焰灼烧合金粉末，灼烧时间为3-5min。采用的灼烧温度可以使铝镍合金中的铝适度软化，纳米碳纤维的燃烧更加充分，并且生成的气体易于逸出，扩大形成的孔径，留下较多的通路，因此可以具有较高的孔隙率。
其中，所述多孔合金粉末的粒径为200-300目。
其中，所述PA为PA6、PA66、PA1010、PA12中的至少一种。优选地，所述PA由相对粘度为2.3的PA66和相对粘度为1.8的PA12按重量比1:1的比例组成。该PA具有较好的加工性能和机械性能，合金粉末可以充分分散于PA中，形成具有高机械性能和耐腐蚀性的多孔金属复合材料。
其中，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
其中，所述抗氧化剂由抗氧化剂1010和抗氧化剂168按重量比1:1的比例组成。
如上所述的多孔金属复合材料的制备方法，包括如下步骤：取硅烷偶联剂和多孔合金粉末进行混合分散，然后与PA和抗氧化剂一同加入螺杆挤出机中进行熔融挤出成线，冷却切粒，即得到所述的多孔金属复合材料。
本发明的有益效果在于：本发明多孔合金粉的制备机理为：铝的熔点在660℃左右，镍的熔点在1453℃左右，碳纤维的熔点在3500℃左右，在加热熔融过程中，镍和铝均熔化成液体，碳纤维以固态形式存在于合金液体中，而后在气雾法的过程中，镍和铝重新变成固体将碳纤维包覆在内，形成合金粉末，通过在空气中灼烧，可将裸露在合金粉末的碳纤维燃烧去除，提高合金粉末的多孔性，并且在合金粉末的表面形成氧化膜，增强合金粉末的耐腐蚀性。最终制得的多孔金属粉具有高孔隙率(30％-40％)的特点，通过硅烷偶联剂处理后，与PA具有较好的相容分散性，从而可以制得机械性能好以及耐腐蚀的多孔金属复合材料。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种多孔金属复合材料，包括如下重量份数的原料：
其中，所述多孔合金粉的制备方法包括如下步骤：
(1)按重量比55：45:2的比例称取铝粉、镍粉和纳米碳纤维进行混合，在氮气保护范围下加热熔融，形成合金液体；
(2)利用气雾法将合金液体制成合金粉末；
(3)将所述合金粉末在空气中进行灼烧，即得到所述的多孔合金粉。
其中，所述纳米碳纤维的直径为150nm，长度为28.4μm。
其中，所述步骤(1)中，加热熔融的温度为1550℃。
其中，所述气雾法的具体条件为：雾化介质为氩气，雾化介质的气流压强为1.6MPa，合金液体的流速为0.8kg/min。
其中，所述步骤(3)中，灼烧的具体操作为：采用450℃的火焰灼烧合金粉末，灼烧时间为4min。
其中，所述多孔合金粉末的粒径为250目。
其中，所述PA由相对粘度为2.3的PA66和相对粘度为1.8的PA12按重量比1:1的比例组成。
其中，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
其中，所述抗氧化剂由抗氧化剂1010和抗氧化剂168按重量比1:1的比例组成。
如上所述的多孔金属复合材料的制备方法，包括如下步骤：取硅烷偶联剂和多孔合金粉末进行混合分散，然后与PA和抗氧化剂一同加入螺杆挤出机中进行熔融挤出成线，冷却切粒，即得到所述的多孔金属复合材料。
实施例2
一种多孔金属复合材料，包括如下重量份数的原料：
其中，所述多孔合金粉的制备方法包括如下步骤：
(1)按重量比50：40:1的比例称取铝粉、镍粉和纳米碳纤维进行混合，在氮气保护范围下加热熔融，形成合金液体；
(2)利用气雾法将合金液体制成合金粉末；
(3)将所述合金粉末在空气中进行灼烧，即得到所述的多孔合金粉。
其中，所述纳米碳纤维的直径为120nm，长度为21.3μm。
其中，所述步骤(1)中，加热熔融的温度为1500℃。
其中，所述气雾法的具体条件为：雾化介质为氩气，雾化介质的气流压强为1.4MPa，合金液体的流速为0.6kg/min。
其中，所述步骤(3)中，灼烧的具体操作为：采用400℃的火焰灼烧合金粉末，灼烧时间为3min。
其中，所述多孔合金粉末的粒径为200目。
其中，所述PA由相对粘度为2.3的PA66和相对粘度为1.8的PA12按重量比1:1的比例组成。
其中，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
其中，所述抗氧化剂由抗氧化剂1010和抗氧化剂168按重量比1:1的比例组成。
如上所述的多孔金属复合材料的制备方法，包括如下步骤：取硅烷偶联剂和多孔合金粉末进行混合分散，然后与PA和抗氧化剂一同加入螺杆挤出机中进行熔融挤出成线，冷却切粒，即得到所述的多孔金属复合材料。
实施例3
一种多孔金属复合材料，包括如下重量份数的原料：
其中，所述多孔合金粉的制备方法包括如下步骤：
(1)按重量比60：50:3的比例称取铝粉、镍粉和纳米碳纤维进行混合，在氮气保护范围下加热熔融，形成合金液体；
(2)利用气雾法将合金液体制成合金粉末；
(3)将所述合金粉末在空气中进行灼烧，即得到所述的多孔合金粉。
其中，所述纳米碳纤维的直径为180nm，长度为33.4μm。
其中，所述步骤(1)中，加热熔融的温度为1600℃。
其中，所述气雾法的具体条件为：雾化介质为氩气，雾化介质的气流压强为1.8MPa，合金液体的流速为1.0kg/min。
其中，所述步骤(3)中，灼烧的具体操作为：采用500℃的火焰灼烧合金粉末，灼烧时间为5min。
其中，所述多孔合金粉末的粒径为300目。
其中，所述PA由相对粘度为2.3的PA66和相对粘度为1.8的PA12按重量比1:1的比例组成。
其中，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
其中，所述抗氧化剂由抗氧化剂1010和抗氧化剂168按重量比1:1的比例组成。
如上所述的多孔金属复合材料的制备方法，包括如下步骤：取硅烷偶联剂和多孔合金粉末进行混合分散，然后与PA和抗氧化剂一同加入螺杆挤出机中进行熔融挤出成线，冷却切粒，即得到所述的多孔金属复合材料。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：
所述PA为相对粘度为1.8的PA12。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：
所述多孔合金粉由铝粉、镍粉按重量比55：45混合后替代。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于：
所述多孔合金粉由铝粉、镍粉按重量比55：45混合后在空气中灼烧得到。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于：
所述多孔合金粉的制备方法包括如下步骤：
(1)按重量比55：45的比例称取铝粉和镍粉进行混合，在氮气保护范围下加热熔融，形成合金液体；
(2)利用气雾法将合金液体制成合金粉末；
(3)将所述合金粉末在空气中进行灼烧，即得到所述的多孔合金粉。
按照ASTM标准对实施例1-4和对比例1-3的多孔金属复合材料进行拉伸强度、弯曲强度和冲击强度的测试，将实施例1-4和对比例1-3的多孔金属复合材料进行腐蚀性能的测试，测试方法为：将试样放置于质量分数为12％的HCl溶液中，在温度为90℃的条件下中，放置3h后进行检测失重率。
由实施例1和实施例4的对比可知，选择合适的PA树脂可以有效提高复合材料的机械性能；由实施例1和对比例1的对比可知，纯金属粉末与PA的相容性较差，并且纯金属也不具有良好的耐腐蚀性；由实施例1、对比例1和对比例2的对比可知，对纯金属粉末进行氧化后，复合材料的耐腐蚀性有所提升，但是力学性能是相对降低的，因为金属粉末表面的氧化膜会降低PA与金属粉末的相容性，因此机械性能较低；由实施例1和对比例3的对比可知，仅仅通过简单雾化法制得的多孔金属粉末与PA树脂的相容性仍较低，并且多孔金属粉末的多孔性不足，不利于提升复合材料的机械性能。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多孔金属复合材料，其特征在于：包括如下重量份数的原料：
其中，所述多孔合金粉的制备方法包括如下步骤：
(1)按重量比50-60：40-50:1-3的比例称取铝粉、镍粉和纳米碳纤维进行混合，在氮气保护范围下加热熔融，形成合金液体；
(2)利用气雾法将合金液体制成合金粉末；
(3)将所述合金粉末在空气中进行灼烧，即得到所述的多孔合金粉。
2.根据权利要求1所述的一种多孔金属复合材料，其特征在于：所述纳米碳纤维的直径为120-180nm，长度为21.3-33.4μm。
3.根据权利要求1所述的一种多孔金属复合材料，其特征在于：所述步骤(1)中，加热熔融的温度为1500-1600℃。
4.根据权利要求1所述的一种多孔金属复合材料，其特征在于：所述气雾法的具体条件为：雾化介质为氩气，雾化介质的气流压强为1.4-1.8MPa，合金液体的流速为0.6-1.0kg/min。
5.根据权利要求1所述的一种多孔金属复合材料，其特征在于：所述步骤(3)中，灼烧的具体操作为：采用400-500℃的火焰灼烧合金粉末，灼烧时间为3-5min。
6.根据权利要求1所述的一种多孔金属复合材料，其特征在于：所述多孔合金粉末的粒径为200-300目。
7.根据权利要求1所述的一种多孔金属复合材料，其特征在于：所述PA为PA6、PA66、PA1010、PA12中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种多孔金属复合材料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
9.根据权利要求1所述的一种多孔金属复合材料，其特征在于：所述抗氧化剂由抗氧化剂1010和抗氧化剂168按重量比1:1的比例组成。
10.权利要求1-9任意一项所述的多孔金属复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：取硅烷偶联剂和多孔合金粉末进行混合分散，然后与PA和抗氧化剂一同加入螺杆挤出机中进行熔融挤出成线，冷却切粒，即得到所述的多孔金属复合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910099291.7A CN109719297B (zh) | 2019-01-31 | 2019-01-31 | 一种多孔金属复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910099291.7A CN109719297B (zh) | 2019-01-31 | 2019-01-31 | 一种多孔金属复合材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109719297A true CN109719297A (zh) | 2019-05-07 |
| CN109719297B CN109719297B (zh) | 2020-12-15 |
Family
ID=66301004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910099291.7A Active CN109719297B (zh) | 2019-01-31 | 2019-01-31 | 一种多孔金属复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109719297B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117127049A (zh) * | 2022-05-19 | 2023-11-28 | 东北林业大学 | 一种多孔铝合金复合材料的制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001002115A1 (en) * | 1999-07-06 | 2001-01-11 | Igor Stepanovich Polkin | Method of manufacturing a porous metal and articles therefrom |
| WO2006005150A1 (en) * | 2004-07-15 | 2006-01-19 | Serguei Vatchiants | Processes for production of foamed aluminum bodies from coated aluminum powder |
| CN102471158A (zh) * | 2009-08-05 | 2012-05-23 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 具有受分层成孔剂控制的大孔隙的多孔陶瓷材料 |
| CN102690968A (zh) * | 2012-06-15 | 2012-09-26 | 常德力元新材料有限责任公司 | 多孔金属复合材料的制备方法 |
| CN105713362A (zh) * | 2016-04-14 | 2016-06-29 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种用于3d打印的组合物、含有其的3d打印材料及其制备方法、应用及3d打印设备 |
| CN106340406A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-01-18 | 南通万德科技有限公司 | 一种复合材料及其制备方法 |
-
2019
- 2019-01-31 CN CN201910099291.7A patent/CN109719297B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001002115A1 (en) * | 1999-07-06 | 2001-01-11 | Igor Stepanovich Polkin | Method of manufacturing a porous metal and articles therefrom |
| WO2006005150A1 (en) * | 2004-07-15 | 2006-01-19 | Serguei Vatchiants | Processes for production of foamed aluminum bodies from coated aluminum powder |
| CN102471158A (zh) * | 2009-08-05 | 2012-05-23 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 具有受分层成孔剂控制的大孔隙的多孔陶瓷材料 |
| CN102690968A (zh) * | 2012-06-15 | 2012-09-26 | 常德力元新材料有限责任公司 | 多孔金属复合材料的制备方法 |
| CN105713362A (zh) * | 2016-04-14 | 2016-06-29 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种用于3d打印的组合物、含有其的3d打印材料及其制备方法、应用及3d打印设备 |
| CN106340406A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-01-18 | 南通万德科技有限公司 | 一种复合材料及其制备方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117127049A (zh) * | 2022-05-19 | 2023-11-28 | 东北林业大学 | 一种多孔铝合金复合材料的制备方法 |
| CN117127049B (zh) * | 2022-05-19 | 2025-08-12 | 东北林业大学 | 一种多孔铝合金复合材料的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109719297B (zh) | 2020-12-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105837024B (zh) | 一种连续玄武岩纤维的制备方法 | |
| CN105669208A (zh) | 用于激光3d打印的酚醛树脂覆膜陶瓷粉末及其制备方法 | |
| CN107096924A (zh) | 一种可用于三维打印的球形金属基稀土纳米复合粉末的制备方法及产品 | |
| CN104263984A (zh) | 准连续网状结构TiBw/Ti-6Al-4V复合材料棒材的制备方法 | |
| CN113845740B (zh) | 一种高导热聚四氟乙烯复合膜材料的制备方法 | |
| CN105112694A (zh) | 一种镁基烯合金的制备方法 | |
| CN106380762A (zh) | 一种石墨烯聚四氟乙烯复合材料导电带及其制备方法 | |
| CN104723567B (zh) | 一种改性聚四氟乙烯塑料制品的成型方法 | |
| CN104875395B (zh) | 一种用于选择性激光烧结的成形材料的制备方法 | |
| CN108237220B (zh) | 一种复合粉末及其制备方法和应用 | |
| CN109719297A (zh) | 一种多孔金属复合材料及其制备方法 | |
| CN105152653B (zh) | 一种抗腐蚀碳化硅棚板及其制备方法 | |
| CN103781934B (zh) | 喷涂用Mo粉末及采用它的Mo喷涂膜以及Mo喷涂膜部件 | |
| CN118635513B (zh) | 一种用于增材制造的金属复合粉末及其制备方法 | |
| CN101275015A (zh) | 含玻璃纤维的聚苯硫醚复合粒料的制造方法 | |
| CN107033532A (zh) | 一种掺氮化硼纳米片及氮化铝纳米颗粒的3d打印用改性abs和pp材料及其制备方法 | |
| CN105176070A (zh) | 一种改性3d打印材料及其制备方法 | |
| CN100595147C (zh) | 微米粒径的多孔氯化钠及其制备方法 | |
| CN105400191B (zh) | 一种高导热尼龙-石墨-低熔点金属复合材料及其制备方法 | |
| CN103524132B (zh) | 一种碳颗粒/碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法 | |
| CN107141694A (zh) | 一种掺氮化硼纳米片及氧化铝纳米颗粒的3d打印用改性abs材料及其制备方法 | |
| CN101508930B (zh) | 一种用于γ-TiAl合金棒材挤压的玻璃润滑剂及其制备方法 | |
| CN106589941A (zh) | 激光烧结3d打印技术用玻纤增强核桃壳复合粉末材料 | |
| CN105176082A (zh) | 一种复合3d打印材料及其制备方法 | |
| CN107344239A (zh) | 一种纳米级金属粉末的制备方法 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |