[發明專利]一種鋁基石墨烯復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201510249830.2
• 申請日: 2015-05-15
• 公開（公告）號: CN104862508A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: 洪起虎;燕紹九;楊程;戴圣龍
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空材料研究院
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C1/10;C22C21/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

技術領域

本發明涉及的是一種復合材料的制備方法，具體是一種石墨烯/鋁基復合材料的制備方法。

技術背景

鋁基復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，且熱膨脹系數低。目前，鋁基復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。

石墨烯是一種新型二維納米材料，其強度高達1.01TPa，是結構鋼的100倍，而密度卻是結構鋼的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成本，有望代替碳納米管成為未來復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合材料的一個重要突破口。現有的石墨烯增強金屬基復合材料的工藝均存在產量低的問題，很難形成大規模生產。

發明內容

本發明正是針對上述現有技術狀況而設計提供了一種鋁基石墨烯復合材料的制備方法，其目的是提高生產效率，以實現產業化的生產規模。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

該種鋁基石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于：該方法的步驟是：

⑴制備石墨烯/鋁合金復合材料預制錠

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/鋁合金復合粉末，石墨烯占石墨烯/鋁合金復合粉末的重量百分比為3％～10％；

1.3將石墨烯/鋁合金復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1.0×10^-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/鋁合金復合粉末成型，得到密實的石墨烯/鋁合金復合材料預制錠，熱等靜壓的溫度為480℃，壓力為110Mpa，時間為2小時；

⑵在坩堝中熔融與步驟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℃。～80℃。，將步驟⑴中制備的石墨烯/鋁合金復合材料預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SF₆與N₂的體積比為1∶3；

⑶對鋁基石墨烯復合材料鑄錠進行均勻化處理，工藝制度為495℃±5℃、保溫24h，并通過熱擠壓或軋制成型，制備出鋁基石墨烯復合材料棒材或板材。

本發明技術方案的特點是：

a.將石墨烯均勻分散于鋁合金基體中，實現了石墨烯與鋁合金界面的牢固結合，經過重熔稀釋后，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；

b.將一定量的石墨烯/鋁合金預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合材料中石墨烯的含量；

c.該方法的工藝操作簡單、生產效率高、制造成本低廉；

d.預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

以下將結合實施例對本發明技術方案作進一步地詳述：

該種鋁基石墨烯復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：

⑴制備石墨烯/鋁合金復合材料預制錠

1.1將1kg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；

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/鋁合金復合粉末，石墨烯占石墨烯/鋁合金復合粉末的重量百分比為3％～10％；

1.3將石墨烯/鋁合金復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1.0×10^-3Pa時，將包套焊接密封；