[發(fā)明專利]一種石墨烯增強的含長周期結構鎂基復合材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107043881B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設計）人: 李子炯;李俊玉;王征;馮世全;張偉陽;蔣逢春;馮學超
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業(yè)學院
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22C1/03;C22C1/05;C22C1/10;C22C32/00;C22F1/06
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 孫詩雨;張志軍

本發(fā)明公開了一種石墨烯增強的含長周期結構鎂基復合材料及其制備方法，它是在含長周期結構鎂合金基體中加入石墨烯制得，石墨烯和鎂合金粉末的質量比為1:3?5，石墨烯和鎂合金粉末作為整體與鎂合金板材的質量比為1:6?10；鎂合金基體的組分及其質量百分比為：3wt.%~9wt.%Y、1wt.%~3wt.%Zn、0.2 wt.%~2Ca、0.2wt.%~1wt.%Zr、0.2wt.%~0.8wt.%Sb，余量為Mg，制備方法包括鎂合金粉末和鎂合金板材的制備，粉末烘干、擠壓和熱處理，本發(fā)明的制備方法能使石墨烯在含長周期結構鎂合金基體中分散得比較均勻，并使石墨烯與鎂合金基體間很好結合在一起，方法簡單、成本低。

技術領域

本發(fā)明屬于金屬復合材料技術領域，具體涉及一種石墨烯增強的含長周期結構鎂基復合材料及其制備方法。

背景技術

鎂合金是目前實際應用中最輕的金屬結構材料，具有密度小、比強度和比剛度高等優(yōu)點，在汽車、航空航天等領域有著十分廣泛的應用前景。近年來，航空航天及交通運輸工具的速度越來越高，所需的動力功率越來越大，構件的穩(wěn)定性要求高可靠，對鎂合金的耐熱強度以及抗彈性變形能力提出了更高的要求，而普通鎂合金的彈性模量約為鋁合金的60%，一般在40~45GPa之間，即使最新開發(fā)的高強耐熱稀土鎂合金Mg–Gd–Y–Zr，陳長江在碩士論文《發(fā)動機活塞用耐熱稀土鎂合金的開發(fā)研究》（上海，上海交通大學，2010）中研究表明，其室溫彈性模量也僅為45GPa左右，其抗彈性變形能力較差，室溫和300℃時抗拉強度分別為320MPa和250MPa，不能滿足工程領域對輕質高強度高彈性模量鎂合金材料的需求。因此，研發(fā)高性能鎂基材料的需求已變得非常迫切。

由混合定律可知，多相合金的強度和彈性模量是由其組成相的強度和彈性模量及其體積分數(shù)決定的，引入其他成分以形成合金元素或化合物第二相可以影響基體金屬的強度和彈性模量。近年來的研究發(fā)現(xiàn)在某些Mg-RE-Zn合金中可以生成長周期結構相（LPSO結構），LPSO結構具有高硬度、高塑韌性、高彈性模量以及與鎂基體良好的界面結合等一系列特性，該結構可在不危害合金塑性的同時顯著提高合金室溫和高溫強度。張松在博士論文《LPSO 結構和稀土析出相復合強韌化Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的組織與性能研究》（上海交通大學，2011年）中研究表明，LPSO結構可大幅度改善合金的力學性能，300℃時抗拉強度仍能夠保持在300MPa左右，且保持良好塑性。

同時，與鎂合金相比，復合材料不僅保留了基體合金的高比強度和比剛度、優(yōu)良的導電、導熱性能及冷、熱加工性能，還具有良好的彈性模量、耐磨性、耐高溫性能、阻尼性能和電磁屏蔽性能等。石墨烯是一種由碳原子組成的六角型呈蜂巢晶格狀的平面薄膜。其高導電性（電阻率僅約10^-8Ω·m）、高導熱率（5000W/m·K）、高強度（斷裂強度高達130Gpa）以及高比表面積等優(yōu)異的性能使其成為復合材料的理想增強相。在鎂合金中加入石墨烯可以顯著提高其強度和彈性模量，并保持鎂合金基體的高延展性，所得到的石墨烯增強鎂基復合材料的熱導率也顯著提高。

但石墨烯鎂基復合材料的工業(yè)制備存在有兩大技術難題：一是石墨烯在鎂合金基體中均勻分散的問題，二是石墨烯與鎂合金基體界面結合問題。目前還沒有較好的解決手段。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種石墨烯增強的含長周期結構的鎂基復合材料及其制備方法，該制備方法通過控制Y和Zn比例生成長周期結構LPSO，且能夠使石墨烯均勻分散在含LPSO結構鎂合金基體中，還能使石墨烯與鎂合金基體之間很好的結合在一起。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案：