[發明專利]一種以多層石墨烯微片為原材料制備石墨烯增強鋁基復合材料的方法

有效

• 申請號: 201710311754.2
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN107022691B
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 武高輝;楊文澍;張強;修子揚;姜龍濤;陳國欽;喬菁;康鵬超;芶華松
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/03;C22C21/00;C22F1/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

1.一種以多層石墨烯微片為原材料制備石墨烯增強鋁基復合材料的方法，其特征在于：該方法按以下步驟進行：

一、稱料

按質量分數稱取0.5％～4％多層石墨烯微片和96％～99.5％鋁金屬粉末；工業純鋁塊體，工業純鋁塊體和上述鋁金屬粉末的重量比為(3～10)：1；

所述鋁金屬粉末為鋁合金；

二、多層石墨烯微片分散與預制塊成型

將步驟一稱取的多層石墨烯微片和鋁金屬粉末裝入球磨罐中，以100～400rpm的轉速球磨4～15h得到的混合粉，將球磨后得到的混合粉末裝入冷壓模具中進行冷壓得到多層石墨烯微片/鋁預制體；

三、鋁金屬浸滲

將步驟二得到的多層石墨烯微片/鋁預制體和步驟一中稱取的純鋁塊體放入真空氣壓浸滲爐，純鋁塊體放入真空氣壓浸滲爐的爐腔底部的石墨模具內，多層石墨烯微片/鋁預制體置于真空氣壓浸滲爐的爐腔上部，將真空氣壓浸滲爐密閉并抽真空至真空度小于10^-4MPa，然后加熱真空氣壓浸滲爐，在真空下將多層石墨烯微片/鋁預制體預熱到400～660℃；將步驟一稱取的工業純鋁塊體加熱至760～950℃并保溫0.5h～2h得到熔融的鋁金屬；將預熱的多層石墨烯微片/鋁預制體浸入熔融的鋁金屬后停止加熱，然后向真空氣壓浸滲爐內通入保護氣體，在真空氣壓浸滲爐的爐內溫度自然冷卻至室溫后即得到高致密的多層石墨烯微片增強鋁基復合材料鑄錠；所述保護氣體為氮氣、氬氣或氦氣；所述保護氣體的壓力為0.1MPa～10MPa；

四、大塑性變形處理

將步驟三中得到的多層石墨烯微片增強鋁基復合材料鑄錠進行大塑性變形處理得到少層石墨烯增強鋁基復合材料；所述大塑性變形處理為擠壓變形處理或軋制處理；

五、成分均勻化處理

將步驟四中得到的少層石墨烯增強鋁基復合材料進行成分均勻化處理，所述成分均勻化處理的溫度為500℃～550℃，時間為2～4h。

2.根據權利要求1所述的以多層石墨烯微片為原材料制備石墨烯增強鋁基復合材料的方法，其特征在于：步驟一所述多層石墨烯微片的平均片徑為100nm～10μm，平均厚度為6～50nm。

3.根據權利要求1所述的以多層石墨烯微片為原材料制備石墨烯增強鋁基復合材料的方法，其特征在于：步驟一所述鋁金屬粉末的平均粒徑為1～30μm。

4.根據權利要求1所述的以多層石墨烯微片為原材料制備石墨烯增強鋁基復合材料的方法，其特征在于：步驟一所述鋁合金為Al-Si合金、Al-Si-Cu合金、Al-Cu-Mg合金、Al-Zn-Cu合金、Al-Zn-Mg-Cu合金、Al-Si-Cu-Mg合金中的一種或其中幾種的組合。

5.根據權利要求4所述的以多層石墨烯微片為原材料制備石墨烯增強鋁基復合材料的方法，其特征在于：所述Al-Si合金中Si的質量分數為2％～25％；Al-Si-Cu合金中Si的質量分數為0.5％～25％，Cu的質量分數為0.5％～53％；Al-Cu-Mg合金中Cu的質量分數為0.5％～53％，Mg的質量分數為0.5％～38％；Al-Zn-Cu合金中Zn的質量分數為0.5％～55％，Cu的質量分數為0.5％～53％；Al-Zn-Mg-Cu合金中Zn的質量分數為0.5％～55％，Mg的質量分數為0.5％～38％，Cu的質量分數為0.5％～53％；Al-Si-Cu-Mg合金中Si的質量分數為0.5％～25％，Cu的質量分數為0.5％～53％，Mg的質量分數為0.5％～38％。

6.根據權利要求1所述的以多層石墨烯微片為原材料制備石墨烯增強鋁基復合材料的方法，其特征在于：步驟二所述進行冷壓的具體步驟為：在加壓速度為0.1～30mm/min下向混合粉末加壓至4～8MPa并保壓5～20min。

7.根據權利要求1所述的以多層石墨烯微片為原材料制備石墨烯增強鋁基復合材料的方法，其特征在于：步驟二所述球磨罐中的球料比為(5～20)：1。

8.根據權利要求1所述的以多層石墨烯微片為原材料制備石墨烯增強鋁基復合材料的方法，其特征在于：步驟四所述擠壓變形處理或軋制處理的溫度為400℃～600℃，變形比為(10～40)：1。