一種鋁基石墨烯復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種復(fù)合材料的制備方法，具體是一種石墨烯/鋁基復(fù)合材料的制備方法。
技術(shù)背景
[0002]鋁基復(fù)合材料的比強度和比剛度高，同時具有良好的高溫性能和耐磨性，且熱膨脹系數(shù)低。目前，鋁基復(fù)合材料的增強體主要分為顆粒增強體和纖維增強體。纖維增強體不僅提高了鋁基體的強度，還使其塑性得到改善。碳納米管是一種重要的鋁基纖維增強體，但其生產(chǎn)成本高，且利用碳納米管進一步增強鋁合金性能的潛力越來越小。
[0003]石墨稀是一種新型二維納米材料，其強度高達1.0lTPa，是結(jié)構(gòu)鋼的100倍，而密度卻是結(jié)構(gòu)鋼的1/5。與碳納米管相比，具更大的比強度、比表面積和更低的生產(chǎn)成本，有望代替碳納米管成為未來復(fù)合材料中最理想的填料和增強體。因此，用石墨烯增強鋁合金是進一步提高鋁基復(fù)合材料的一個重要突破口?，F(xiàn)有的石墨烯增強金屬基復(fù)合材料的工藝均存在產(chǎn)量低的問題，很難形成大規(guī)模生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)狀況而設(shè)計提供了一種鋁基石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其目的是提高生產(chǎn)效率，以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)規(guī)模。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0006]該種鋁基石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:該方法的步驟是:
[0007]⑴制備石墨烯/鋁合金復(fù)合材料預(yù)制錠
[0008]1.1將石墨烯與酒精溶液混合，石墨烯占混合溶液的重量百分比為0.5%?5%，利用超聲波振蕩制備出單分散的石墨烯均勻溶液；
[0009]1.2將鋁合金粉末添加到石墨烯溶液中，然后裝入球磨灌進行機械球磨，球磨時間為20?40小時，球磨結(jié)束后將混合溶液裝入燒杯置于烘箱中烘干，得到石墨烯/鋁合金復(fù)合粉末，石墨烯占石墨烯/鋁合金復(fù)合粉末的重量百分比為3 %?10 % ;
[0010]1.3將石墨烯/鋁合金復(fù)合粉末裝入到包套中，然后對對包套抽真空，抽真空的同時加熱，當真空度達到1.0X 1-3Pa時，將包套焊接密封；
[0011]1.4將包套進行熱等靜壓處理，使包套中的石墨烯/鋁合金復(fù)合粉末成型，得到密實的石墨烯/鋁合金復(fù)合材料預(yù)制錠，熱等靜壓的溫度為480°C，壓力為llOMpa，時間為2小時；
[0012]⑵在坩禍中熔融與步驟⑴相同牌號的的鋁合金，加熱溫度為該種鋁合金熔點之上30°C。?80°C。，將步驟⑴中制備的石墨烯/鋁合金復(fù)合材料預(yù)制錠重熔到鋁合金熔體中，并進行攪拌，鋁合金熔體中石墨烯的重量百分比為0.5%，然后將鋁合金熔體迅速澆鑄到石墨模具中，空冷后得到鋁基石墨烯復(fù)合材料鑄錠，本步驟的操作過程均是在SF6+N2氣氛保護下進行，該氣氛中SFA N2的體積比為1:3;
[0013]⑶對鋁基石墨烯復(fù)合材料鑄錠進行均勻化處理，工藝制度為495°C ±5°C、保溫24h，并通過熱擠壓或軋制成型，制備出鋁基石墨烯復(fù)合材料棒材或板材。
[0014]本發(fā)明技術(shù)方案的特點是:
[0015]a.將石墨烯均勻分散于鋁合金基體中，實現(xiàn)了石墨烯與鋁合金界面的牢固結(jié)合，經(jīng)過重熔稀釋后，石墨烯仍然均勻分散于鋁熔液中，凝固時石墨烯的彌散性很強，不會發(fā)生二次團聚，鑄坯性能良好，進行均勻化處理后可擠壓成棒材及軋制成板材；
[0016]b.將一定量的石墨烯/鋁合金預(yù)制錠重熔到鋁合金熔液中，可很好地控制獲得的鋁基石墨烯復(fù)合材料中石墨烯的含量；
[0017]c.該方法的工藝操作簡單、生產(chǎn)效率高、制造成本低廉；
[0018]d.預(yù)制錠的重熔及鑄造過程中都有氣氛保護，可避免金屬及石墨烯的變性。
【具體實施方式】
[0019]以下將結(jié)合實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步地詳述:
[0020]該種鋁基石墨烯復(fù)合材料的制備方法的實施步驟如下:，其特征在于:該方法的步驟是:
[0021]⑴制備石墨烯/鋁合金復(fù)合材料預(yù)制錠
[0022]1.1將Ikg石墨烯與酒精溶液混合，使石墨烯占混合溶液的重量百分比為5%，利用超聲波振蕩制備出單分散的石墨烯均勻溶液；
[0023]1.2將2024鋁合金粉末添加到石墨烯溶液中，然后裝入球磨灌進行機械球磨，球磨時間為20?40小時，球磨結(jié)束后將混合溶液裝入燒杯置于烘箱中烘干，得到石墨烯/鋁合金復(fù)合粉末，石墨烯占石墨烯/鋁合金復(fù)合粉末的重量百分比為3%?10% ;
[0024]1.3將石墨烯/鋁合金復(fù)合粉末裝入到包套中，然后對對包套抽真空，抽真空的同時加熱，當真空度達到1.0X 1-3Pa時，將包套焊接密封；
[0025]1.4將包套進行熱等靜壓處理，使包套中的石墨烯/鋁合金復(fù)合粉末成型，得到密實的石墨烯/鋁合金復(fù)合材料預(yù)制錠，熱等靜壓的溫度為480°C，壓力為llOMpa，時間為2小時；
[0026]⑵在真空感應(yīng)熔煉爐的坩禍中熔融與步驟⑴相同牌號的的9kg鋁合金，加熱溫度為該種鋁合金熔點之上30°C。?80°C，具體為700°C，將步驟⑴中制備的石墨烯/鋁合金復(fù)合材料預(yù)制錠重熔到鋁合金熔體中，并進行機械攪拌，然后將鋁合金熔體迅速澆鑄到石墨模具中，空冷后得到鋁基石墨烯復(fù)合材料鑄錠，本步驟的操作過程均是在SFe+隊氣氛保護下進行，該氣氛中SFA N2的體積比為1: 3;
[0027]⑶對鋁基石墨烯復(fù)合材料鑄錠進行均勻化處理，工藝制度為495°C ±5°C、保溫24h，并通過熱擠壓或軋制成型，制備出鋁基石墨烯復(fù)合材料棒材或板材。
[0028]進行熱擠壓成型的擠壓溫度為410°C，擠壓比為20:1，制備出Φ12πιπι的鋁基石墨烯復(fù)合材料棒材。
[0029]本發(fā)明技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的優(yōu)點和有益效果為:
[0030]第一、采用重熔稀釋預(yù)制錠的方法改善了石墨烯與鋁合金熔體的潤濕性，迫使其在鋁合金熔體中均勻分散；
[0031]第二、經(jīng)過稀釋后的復(fù)合材料由固體重熔成金屬液后石墨烯的彌散性優(yōu)異，無二次團聚現(xiàn)象，重新凝固時石墨烯的彌散性很強，鑄造和鍛造性能得到大幅度提高；
[0032]第三、通過計算可很好地控制復(fù)合材料中石墨烯的含量，由于石墨烯不會浮出來，所以合金含量可能準確控制；
[0033]第四、石墨烯重熔及鑄造法過程都有氣氛保護，避免了金屬及石墨烯的氧化，實現(xiàn)了石墨烯與鋁合金基體形成良好的結(jié)合；
[0034]第五、本發(fā)明實現(xiàn)預(yù)制錠與鑄造工藝的分離，易于實現(xiàn)大批量大尺寸的石墨烯增強鋁合金復(fù)合材料的制備，降低生產(chǎn)成本，具有優(yōu)異的工程應(yīng)用前景。
【主權(quán)項】
1.一種銷基石墨稀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:該方法的步驟是: ⑴制備石墨稀/銷合金復(fù)合材料預(yù)制錠 1.1將石墨烯與酒精溶液混合，石墨烯占混合溶液的重量百分比為0.5%?5%，利用超聲波振蕩制備出單分散的石墨烯均勻溶液； 1.2將鋁合金粉末添加到石墨烯溶液中，然后裝入球磨灌進行機械球磨，球磨時間為20?40小時，球磨結(jié)束后將混合溶液裝入燒杯置于烘箱中烘干，得到石墨烯/鋁合金復(fù)合粉末，石墨烯占石墨烯/鋁合金復(fù)合粉末的重量百分比為3 %?10 % ; 1.3將石墨烯/鋁合金復(fù)合粉末裝入到包套中，然后對對包套抽真空，抽真空的同時加熱，當真空度達到1.0X 10_3Pa時，將包套焊接密封； 1.4將包套進行熱等靜壓處理，使包套中的石墨烯/鋁合金復(fù)合粉末成型，得到密實的石墨稀/銷合金復(fù)合材料預(yù)制錠，熱等靜壓的溫度為480°C，壓力為llOMpa，時間為2小時；⑵在坩禍中熔融與步驟⑴相同牌號的的鋁合金，加熱溫度為該種鋁合金熔點之上30°C。?80°C。，將步驟⑴中制備的石墨烯/鋁合金復(fù)合材料預(yù)制錠重熔到鋁合金熔體中，并進行攪拌，鋁合金熔體中石墨烯的重量百分比為0.5%，然后將鋁合金熔體迅速澆鑄到石墨模具中，空冷后得到鋁基石墨烯復(fù)合材料鑄錠，本步驟的操作過程均是在SF6+N2氣氛保護下進行，該氣氛中SFA N2的體積比為1:3; ⑶對鋁基石墨烯復(fù)合材料鑄錠進行均勻化處理，工藝制度為495°C ±5°C、保溫24h，并通過熱擠壓或軋制成型，制備出鋁基石墨烯復(fù)合材料棒材或板材。
【專利摘要】本發(fā)明是一種鋁基石墨烯復(fù)合材料的制備方法，該方法首先制備石墨烯/鋁合金復(fù)合材料預(yù)制錠；然后把預(yù)制錠加入到鋁合金熔體中重熔并利用鑄造法工藝得到鋁基石墨烯復(fù)合材料鑄錠，最后對鑄錠進行均勻化處理，再利用熱擠壓或軋制等成型工藝得到高強度的鋁基石墨烯復(fù)合材料棒料或板材。本發(fā)明方法很好地解決石墨烯與鋁合金的復(fù)合及均勻化問題，并能精確調(diào)節(jié)復(fù)合材料中石墨烯的摻入量，而且是基于半連續(xù)熔鑄而提出的制備方法，簡單、高效，易于實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。
【IPC分類】C22C21-00, C22C1-10, C22C1-02
【公開號】CN104862508
【申請?zhí)枴緾N201510249830
【發(fā)明人】洪起虎, 燕紹九, 楊程, 戴圣龍
【申請人】中國航空工業(yè)集團公司北京航空材料研究院
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月15日