[發明專利]一種輕金屬基層狀復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710462903.5
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107323030A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 江鵬;袁同心;吳王平;李曉艷;王知鷙
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: B32B15/01
• 分類號: B32B15/01;B21B47/00;B21B1/38;B21B33/00
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技術領域

本發明涉及一種金屬層狀復合材料及其制備方法，尤其涉及一種基于石墨烯增強型輕金屬基層狀復合材料及其制備方法。

背景技術

金屬層狀復合材料是指兩種或多種金屬利用材料的復合技術實現冶金結合制備形成的一種材料。金屬層狀復合材料中的異種金屬之間呈層狀分布，具備比每個單一金屬更優異的性能，形成復合效應。可通過合理利用不同金屬之間組合，使金屬層狀復合材料具有特殊性能，從而在許多特殊領域具有廣闊的應用前景。

鎂及鎂合金是目前實際應用中最輕的金屬結構材料之一，具有低的密度、高的比強度和比剛度、良好的耐高溫性、耐磨性、減震性等優異的性能,將會在汽車制造，航空航天、國防等領域得到廣泛應用。但存在強度和彈性模量低、成形性和耐腐蝕性較差等缺點，限制其大規模工業化應用。而鋁及鋁合金具有較高的強度、良好的成形性和耐蝕性，且具有輕質，導電性好、耐蝕，美觀及價廉的特點，被廣泛用于電器材料、容器和建筑材料；金屬鈦具有輕質、高強、耐蝕、耐磨的特性，在航空、航天及化工設備上有廣泛的應用。將鎂和鋁或鎂和鈦結合起來制備成層狀復合材料,結合鋁、鈦密度低、抗腐蝕的優點彌補了鎂合金表面耐蝕性差的不足，同時充分發揮了鎂合金輕質高強的優勢，是具有發展應用前景的結構功能型復合材料。鈦和鋁復合在一起形成的鈦/鋁層狀復合板，同時具有兩層金屬的特性，充分發揮了兩者的優點，是一種重量輕，高耐磨性，高耐蝕性，高強度，高剛度的優質材料。

目前添加在輕金屬基層狀復合材料中增強相主要是納米顆粒，包括碳納米管、金屬或非金屬氧化物顆粒等。石墨烯因其優異的物理、化學和力學性能近幾年引起材料界廣泛的關注，可作為增強體應用于金屬基復合材料，將會增強輕金屬基層狀復合材料的各方面性能。輕金屬基層狀復合材料的制備方法目前主要有擴散連接、爆炸復合、攪拌摩擦焊、通道擠壓、熱壓和軋制復合等。前面幾種方法制備添加石墨烯的輕金屬基層狀復合材料會存在石墨烯分布不均勻或不能制備大尺寸的板材或成本太高，而軋制復合法能夠解決以上問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種石墨烯增強型的輕金屬基層狀復合材料及其制備方法，一方面能夠提高輕金屬基層狀復合板材的各方面性能，另一方面能夠實現大尺寸輕金屬基層狀復合板材的大規模、低成本生產。

本發明通過以下技術方案實現：

本發明提供一種輕金屬基層狀復合材料，包括層狀輕金屬與分布于該層狀金屬中的石墨烯納米片，其特征在于，所述輕金屬層狀復合材料包括至少兩層異質輕金屬基板層與至少一層復合層交替排布，復合層位于兩層異質輕金屬層之間。

優選地，所述輕金屬基層狀復合材料，其特征在于，所述的輕金屬為純鎂或鎂合金，純鋁或鋁合金，純鈦或鈦合金。

優選地，所述輕金屬基層狀復合材料，其特征在于，所述石墨烯納米片為單層石墨烯或多層石墨烯；所述單層輕金屬基板厚度為0.01mm-10mm。

優選地，所述輕金屬基層狀復合材料，其特征在于，所述輕金屬基層狀復合材料中石墨烯納米片的質量百分比為3％以下。

優選地，所述輕金屬基層狀復合材料，其特征在于，所述復合層為異質輕金屬滲入到石墨烯納米片的間隙中，與石墨烯納米片復合，形成的一層復合層。

優選地，所述所述輕金屬基層狀復合材料，其特征在于，所述石墨烯納米片均勻分布于復合層中。

本發明還提供一種輕金屬基層狀復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：對兩塊異質輕金屬基板的表面進行處理，去除表面氧化物和油脂等，晾干后用鋼絲刷對表面進行打磨；

步驟二：將石墨烯納米片加入到丙酮中，利用超聲設備將石墨烯納米片在丙酮中分散均勻，時間0.1h以上，利用噴槍將石墨烯納米片均勻噴灑覆蓋到步驟一的一塊輕金屬基板上，再覆蓋上步驟一的另一塊輕金屬基板，獲得石墨烯納米片與步驟一的兩塊異質輕金屬基板交替排布的復合板；

步驟三；將步驟二獲得的復合板利用金屬絲將其固定，在壓力機上進行室溫預壓制，壓制時間為0.1-10h，壓制壓力為1t以上；

步驟四：將步驟三的獲得的復合板進行疊軋，形成輕金屬基層狀復合材料。

優選地，所述一種輕金屬基層狀復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟四后，還包括步驟五：對步驟四的復合板進行退火處理后從中間位置切割分成兩塊復合板，重復步驟一至四，其中石墨烯納米片與異質輕金屬是交替排布的，并可根據實際所需多次重復步驟五，最終可得到石墨烯納米片均勻分布的多層輕金屬基層狀復合材料。