[發(fā)明專利]一種石墨烯增強(qiáng)蒙乃爾合金的制備方法

有效

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• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106636711B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 燕紹九;李秀輝;趙雙贊;陳翔;洪起虎
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

本發(fā)明是一種石墨烯增強(qiáng)蒙乃爾合金的制備方法，該方法將石墨烯作為增強(qiáng)相加入蒙乃爾合金基體，該方法首先制備石墨烯或氧化石墨烯和蒙乃爾合金混合粉體、再經(jīng)過冷壓、燒結(jié)成型、熱鍛成型后得到石墨烯增強(qiáng)蒙乃爾合金板材，該方法提供了一種新的彌散強(qiáng)化增強(qiáng)蒙乃爾合金的方法，在增強(qiáng)基體機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)提高合金的耐蝕性能。該方法工藝操作簡單、所需設(shè)備簡易、生產(chǎn)效率高、制造成本低廉、易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種石墨烯增強(qiáng)蒙乃爾合金的制備方法，屬于復(fù)合金屬材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

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(jiān)硬的納米材料，強(qiáng)度高下達(dá)1.01Tpa，是結(jié)構(gòu)鋼的100倍，密度卻是結(jié)構(gòu)鋼的1/5。導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)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。另外，石墨烯化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對氣體分子為不可滲透膜，是理想的防腐材料。

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(jié)合。納米粒子最主要的應(yīng)用是作為其他非納米材料改性時(shí)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(guī)模制取和保存，因此可以用作其他材料改性時(shí)的填充材料。由于石墨烯的韌性和強(qiáng)度及表面活性，當(dāng)作為填充材料時(shí)，可使石墨烯成為其他基礎(chǔ)材料晶粒之間的隱性焊接材料，在晶粒界面形成鏈橋效應(yīng)?；A(chǔ)材料晶粒間通過石墨烯表面活性作用，形成晶粒界面呈現(xiàn)無縫隙連接的形態(tài)?；A(chǔ)材料中的晶粒界面形成無縫隙連接后，在外力作用時(shí)，其晶界滑移現(xiàn)象減少，抗應(yīng)力能力增加，從而使得被填充的基礎(chǔ)材料的強(qiáng)度隨著抗應(yīng)力能力的提高而增強(qiáng)。另外，石墨烯還可以有效包覆基體材料，隔絕或者減少基體與腐蝕介質(zhì)的接觸從而顯著降低基體的腐蝕速率。

蒙乃爾合金是以鎳為基體的鎳銅合金，其主要成分為約70wt.％的鎳和30wt.％的銅，除此外還有少量鐵、錳、鋁等強(qiáng)化元素。該合金具有優(yōu)良的耐腐蝕性、耐磨性；高的強(qiáng)度、硬度及良好的加工性能，因此特別適用于要求高強(qiáng)度、耐高壓及承受腐蝕介質(zhì)作用的場合，是應(yīng)用十分廣泛的一類耐蝕材料，廣泛應(yīng)用于航空、航海、煉油、化工、冶金、電器、造紙、食品機(jī)械、醫(yī)療設(shè)備中，如動力工廠的無縫輸水管、蒸汽管，海水交換器和蒸發(fā)器，硫酸、濃堿管道，化學(xué)反應(yīng)釜、海水環(huán)境服役泵軸、螺旋槳等。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，對蒙乃爾合金產(chǎn)品的性能要求越來越高，如各類泵、軸、蒙乃爾合金螺旋槳、高溫高壓反應(yīng)釜等都對蒙乃爾合金材料本身的強(qiáng)度提出了新的要求。例如，現(xiàn)階段石油開采的難度較之以往更大，各類機(jī)械裝置工作工況越來惡虐，潛油電泵工作過程中的各類蒙乃爾合金軸使用壽命越來越短，目前，傳統(tǒng)工藝方法已很難提高蒙乃爾合金基體的強(qiáng)度，在這一背景條件下，使用密度小強(qiáng)度大的石墨烯作為增強(qiáng)材料，在提高蒙乃爾合金基體強(qiáng)度的同時(shí)還能降低材料的密度。另外，石墨烯還可以有效包覆基體材料，隔絕或者減少基體與腐蝕介質(zhì)的接觸，進(jìn)一步提高蒙乃爾合金的抗腐蝕能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)狀況而設(shè)計(jì)提供了一種石墨烯增強(qiáng)蒙乃爾合金的制備方法，其目的是為了提高蒙乃爾合金的機(jī)械強(qiáng)度并進(jìn)一步提高其耐蝕性能。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

該種石墨烯增強(qiáng)蒙乃爾合金的制備方法的步驟如下：

步驟一、利用超聲分散儀制備石墨烯或氧化石墨烯單分散溶液，該溶液的溶劑為質(zhì)量百分比濃度為20％～100％的乙醇、NMP、聚乙二醇或PVP，溶劑的重量為石墨烯或氧化石墨烯的19～191倍；

步驟二、在石墨烯或氧化石墨烯單分散溶液中加入蒙乃爾合金粉體，蒙乃爾合金粉體的加入量占蒙乃爾合金粉體和石墨烯或氧化石墨烯總重量的95％～99.9％；

步驟三、將加入蒙乃爾合金粉體的石墨烯或氧化石墨烯單分散溶液放入球磨罐中球磨5～50h，得到混合溶液；