[發明專利]一種3D打印用石墨烯/鎂復合粉的制備方法

有效

• 申請號: 201811043201.4
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN109249016B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 趙占勇;白培康;李忠華;李曉峰;王宇;劉斌;王建宏;李玉新
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;B22F9/04;B33Y70/10
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務所(普通合伙) 41117
• 代理人: 宋巧蘭

本發明提供了一種3D打印用石墨烯/鎂復合粉的制備方法，該制備方法主要分為兩步：一是在石墨烯表面鍍鎂，制備鍍鎂石墨烯；二是將鍍鎂石墨烯與鎂粉混合，制得石墨烯/鎂復合粉。本發明的制備方法解決了石墨烯與鎂基體之間的潤濕性差的問題，提高了石墨烯在鎂粉中的分散均勻性，克服了石墨烯在鎂基體中的團聚問題，提高了石墨烯與鎂基體的界面結合性能，使制得的石墨烯/鎂復合粉更好地應用于3D打印技術中。

技術領域

本發明涉及金屬基復合材料技術領域，特別涉及一種3D打印用石墨烯/鎂復合粉的制備方法。

背景技術

隨著我國在航空航天、軍工、電子、汽車等高新技術領域綜合實力的提升，性能單一的純金屬或合金材料已不能滿足高新技術領域對材料質量更輕、性能更高的要求，在此情況下，金屬基復合材料的興起和發展成為必然趨勢。金屬基復合材料是以金屬或合金為連續相，纖維、顆粒、晶須等為增強體的復合材料。在保持原有金屬特性的同時，還具有耐磨、耐腐蝕、低熱膨脹系數、高熱導率、高比強度等優良的綜合性能，被廣泛應用于航空航天、電子工業等領域。

在金屬基復合材料中，鎂基復合材料比強度高、質量輕、易加工，在各個領域均有廣泛的應用。增強體的選擇對鎂基復合材料的性能有非常重要的影響，常用的增強體有碳材料、陶瓷硬質顆粒、氧化物顆粒。其中碳材料密度低、強度高，是優異的增強體材料。在碳材料中，石墨烯是一種具有單原子厚度的二維新型碳材料，石墨烯具有低密度、低熱膨脹系數和良好的生物相容性等綜合性能。其中，石墨烯的強度高達125GPa，楊氏模量高達1100GPa，比鋼高出100多倍。同時，石墨烯的熱導率高達5000W/(m·k)，遠高于銅和硅；室溫電子遷移率可達15000cm²/(V·s)；比表面積高達2630m²/g。因此，石墨烯被認為是高效的強化相，將其添加到鎂合金中，可有效改善鎂合金的綜合性能，使其在各個領域均有重要的應用潛力。因此，石墨烯/鎂基復合材料已成為一種重要的復合材料，具有非常重要的研究價值。

針對石墨烯/鎂基復合材料的成形，國內外進行了大量的研究，相繼開發了多種成形方法，如液態攪拌鑄造、攪拌摩擦加工、球磨加大塑性（熱）變形、粉末冶金等。上述方法成形結構復雜的石墨烯/鎂基復合材料零件時，周期長、成本高、甚至無法成形，而且石墨烯在基體中易團聚，與基體界面結合性能差。金屬3D打印成形是將金屬粉末逐層沉積疊加構造成三維物體，可快速低成本成形結構復雜零件。選擇性激光熔化成形時，要求成形用金屬粉末具備純度高、球形度好、粒徑小、粒徑分布范圍窄（15~45μm）等特性，金屬粉特性直接影響金屬3D打印成形過程穩定性及制件組織性能。由于石墨烯與鎂基體的密度相差大、潤濕性差、在鎂基體中難以均勻分散，石墨烯/鎂基復合粉末的制備成為制約其在金屬3D打印成形領域應用的一個難題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種3D打印用石墨烯/鎂復合粉的制備方法，該制備方法主要分為兩步：一是在石墨烯表面鍍鎂，制備鍍鎂石墨烯；二是將鍍鎂石墨烯與鎂粉混合，制得石墨烯/鎂復合粉。本發明的制備方法解決了石墨烯與鎂基體之間的潤濕性差的問題，提高了石墨烯在鎂粉中的分散均勻性，克服了石墨烯在鎂基體中的團聚問題，提高了石墨烯與鎂基體的界面結合性能，使制得的石墨烯/鎂復合粉更好地應用于3D打印技術中。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種3D打印用石墨烯/鎂復合粉的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

（1）制備鍍鎂石墨烯

①：以金屬鈉絲為指示劑，將四氫呋喃、溴乙烷除水后，保存在加有無水氯化鈣的棕色瓶子中密封備用；

②：在三口瓶中通入氫氣為保護氣體，向三口瓶中依次加入經過活化的鎂粉、溴乙烷、碘、無水氯化鎂，將三口瓶置于恒溫水浴鍋中在25~35℃下不斷攪拌，當三口瓶中煙霧逐漸消失且溶液顏色不再變化時，將三口瓶的溫度逐漸降低至0℃，反應0.3~1h，加入四氫呋喃，待溶液穩定后，抽濾獲得烷基鎂溶液；