[發明專利]一種鋁基烯合金的制備方法

在審

• 申請號: 201510382238.X
• 申請日: 2015-06-25
• 公開（公告）號: CN105063401A
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發明（設計）人: 燕紹九;洪起虎;楊程;陳翔;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: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/02;C22C1/05;C22C21/00;C22F1/04
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明涉及一種烯合金的制備方法，具體涉及一種鋁基烯合金的制備方法。

背景技術

石墨烯是一種新型二維納米材料，其納米片是由sp2雜化碳原子組成的單原子層厚度的二維材料，是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料，強度高達1.01Tpa，是結構鋼的100倍，密度卻是結構鋼的1/5。導熱系數高達5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下電子遷移率超過200000cm2/V·S，高于納米碳管或硅晶體，電阻率只約1Ω·m，比鋁或銀更低，為世上電阻率最小的材料。

石墨烯屬于納米級材料，具有表面活性，易與其他材料粒子結合。納米粒子最主要的應用是作為其他非納米材料改性時的填充材料，但很多的納米粒子制取和保存都相對困難，石墨烯比較便于大規模制取和保存，因此可以用作其他材料改性時的填充材料。由于石墨烯的韌性和強度及表面活性，當作為填充材料時，可使石墨烯成為其他基礎材料晶粒之間的隱性焊接材料，在晶粒界面形成鏈橋效應。基礎材料晶粒間通過石墨烯表面活性作用，形成晶粒界面呈現無縫隙連接的形態。基礎材料中的晶粒界面形成無縫隙連接后，在外力作用時，其晶界滑移現象減少，抗應力能力增加，從而使得被填充的基礎材料的強度隨著抗應力能力的提高而增強。

傳統工藝方法已很難提高金屬材料的強度，使用密度小強度大的石墨烯作為增強材料，提高金屬材料強度的同時還能降低材料的密度。將石墨烯復合到鋁、鈦、鎂等金屬材料中，可以得到輕質高強、兼備導電、導熱等功能特性的結構功能一體化的復合材料。

2014年05月08日，中航工業航材院的科研人員在國際石墨烯研究領域首創一類具有優異性能的新型合金材料“烯合金”材料。

但石墨烯存在尺寸較小，比表面積大，很難分散，很容易團聚的問題，嚴重影響烯合金的性能。目前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

為克服現有烯合金存在的上述缺陷，本發明提供了一種制備石墨烯和金屬混合粉體的方法，該方法改進了石墨烯與鋁和/或鋁合金粉末的混粉工藝，石墨烯納米片均勻彌散的分布到鋁和/或鋁合金基體中。

為實現上述發明目的，本發明采取的技術方案為：

一種鋁基烯合金的制備方法包括如下步驟：

a)制備石墨烯和鋁和/或鋁合金混合粉體，所述粉體包括如下重量份計組分：石墨烯3％～10％，鋁和/或鋁合金粉末為余量；

a-1)制備石墨烯單分散溶液；

a-1-1)配置溶液；

a-1-2)將石墨烯溶入溶液；

a-1-3)將步驟a-1-2)制備的石墨烯有機溶液放入超聲波震蕩器中攪拌；

a-2)將鋁和/或鋁合金粉體加入到步驟a-1)所得石墨烯單分散溶液；

a-3)將步驟a-2)所得石墨烯和鋁和/或鋁合金混合溶液放入球磨罐中球磨20～40h；

a-4)將步驟a-3)制得的混合溶液于50～60℃和攪拌下烘干；

b)將步驟a)得到的石墨烯和鋁和/或鋁合金混合粉體裝入制備好的不銹鋼包套內(包套內徑為80～120mm，包套內腔高度為85～300mm)；

c)將包套加熱至400～480℃后進行真空除氣2～4h至真空度為1.0×10^-3Pa，將包套砸癟，焊接密封；

d)將步驟c)得到的密封的包套進行熱等靜壓，溫度450℃～500℃，壓力100～200MPa，保溫保壓時間為2～4h；

e)將熱等靜壓后的包套進行機械加工，車削去掉包套皮，得直徑為55～85mm，高度為55～200mm的圓柱形預制錠；

f)在惰性氣體的保護氛圍中將與步驟a)鋁和/或鋁合金粉末相同的鋁和/或鋁合金加入坩堝后加熱坩堝至該鋁和/或鋁合金熔點之上30℃～80℃得到鋁和/或鋁合金熔體；

g)在惰性氣體的保護氛圍中保持坩堝溫度不變將步驟e)得到的圓柱形預制錠加入坩堝得到熔融有圓柱形預制錠的鋁和/或鋁合金熔體，經攪拌后將鋁基烯合金熔體迅速澆鑄到石墨模具中，在惰性氣體的保護氛圍中空冷至室溫得到鋁基烯合金鑄錠；

h)將步驟g)得到的鋁基烯合金鑄錠進行均勻化處理，溫度為400℃～500℃下保溫24～48h，用噸位200～500t的擠壓機以擠壓比為15∶1～20∶1進行熱擠壓，得到鋁基烯合金棒材。

進一步的，步驟a-2)中鋁和/或鋁合金粉體的粒徑為5～100μm。