[發(fā)明專利]一種石墨烯增強(qiáng)ADC12鋁合金的壓鑄方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811079791.6
• 申請(qǐng)日: 2018-09-17
• 公開（公告）號(hào): CN109182821B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆洪;魏志帆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C1/10
• 分類號(hào): C22C1/10;C22C1/02;B22D17/00;C22B9/02
• 代理公司: 南昌新天下專利商標(biāo)代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

一種石墨烯增強(qiáng)ADC12鋁合金的壓鑄方法，在無水環(huán)境中，利用醇熱高壓，并在羧基化石墨烯GO自帶官能團(tuán)作用下吸附Ti離子，并在后期焙燒中得到TiO2（銳鈦型）包覆羧基化石墨烯GO。所得粉末與純鋁粉按一定比例混合冷壓得到中間合金。將中間合金按需求加入鋁合金熔體中，氧化鈦包覆石墨烯GO顆粒在高能超聲儀的作用下分散。將所得漿料倒入壓鑄機(jī)澆口進(jìn)行壓鑄，得到壓鑄坯料，隨后將坯料進(jìn)行T6熱處理，在正確的工藝參數(shù)作用下得到高性能的復(fù)合材料。本發(fā)明所制備的產(chǎn)品具有優(yōu)異的機(jī)械性能，同時(shí)，本發(fā)明具有簡單、安全、易于操作和可控等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

石墨烯納米片是由sp2雜化碳原子組成的單原子層厚度的二維材料，其展現(xiàn)出一系列不同尋常的物理性能。石墨烯納米片因其特殊的二維結(jié)構(gòu)，引起了物理、化學(xué)和材料學(xué)界研究學(xué)者的極大興趣，有關(guān)石墨烯的基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用研究成為近幾年的研究熱點(diǎn)。由于石墨烯具有高的強(qiáng)度，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)130GPa，暗示著石墨烯在材料應(yīng)用研究上有巨大的應(yīng)用空間。

事實(shí)上，利用碳材料如碳納米管或石墨烯來增強(qiáng)鋁材的強(qiáng)度以及其他力學(xué)性能的研究一直在進(jìn)行，并取得了一定程度的進(jìn)展。然而，由于其極其突出的強(qiáng)度等物理特性，人們反而忽視了其在材料磨損性及硬度上的優(yōu)異屬性。

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)載運(yùn)工具的高速化和重載化有了更苛刻的要求。如要求載運(yùn)工具的制動(dòng)盤表層在制動(dòng)中承受更高的溫度，需要對(duì)應(yīng)的鋁制材料有更優(yōu)異的耐磨性能和更好的耐熱性等。大量研究表明，增強(qiáng)相的正確選擇可直接提高復(fù)合材料的耐磨性能及硬度。而羧基化石墨烯由于其碳材料的基本屬性，自然繼承了其自潤滑以及較好的散熱性等不同于其它增強(qiáng)材料的特質(zhì)。因而正確的使用可有效地減少材料的損耗。

然羧基化石墨烯的缺陷也較為明顯。羧基化石墨烯類似于CNT的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出極差的潤濕性，這直接導(dǎo)致了與金屬基體界面結(jié)合性不強(qiáng)，不利于復(fù)合材料的制備。因而，改善其與基體的潤濕性并選擇正確的工藝方法成為使用石墨烯增強(qiáng)金屬基材料的關(guān)鍵。

目前羧基化石墨烯改善潤濕性方法有表面鍍層等，如化學(xué)鍍鎳，該方法主要是將羧基化的石墨烯經(jīng)過敏化，活化后，放入化學(xué)鍍液中施鍍，隨著反應(yīng)的進(jìn)行可在羧基化石墨烯表面得到顆粒狀鍍層，但價(jià)格昂貴，并常用到有毒試劑，不環(huán)保且生產(chǎn)成本高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。

在公開專利號(hào)106702193A，名稱為：“一種石墨烯/鋁復(fù)合材料的制備方法”中。利用化學(xué)鍍對(duì)石墨烯進(jìn)行預(yù)處理得到鍍鎳的石墨烯。再混粉進(jìn)行常規(guī)熱壓燒結(jié)。事實(shí)上該方法由于化學(xué)鍍的局限性，對(duì)人體傷害較大，并且還需要單獨(dú)對(duì)石墨烯羧基化，生產(chǎn)周期長，對(duì)于該類粉末浪費(fèi)度較高，具有一定的局限性。

因此，目前仍然缺乏一種經(jīng)濟(jì)有效的羧基化石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制備與成形技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯增強(qiáng)ADC12鋁合金的壓鑄方法。它是利用醇熱法在羧基化石墨烯表面包覆一層氧化鈦，并在增強(qiáng)相添加至基體時(shí)利用高能超聲的空化及聲流效應(yīng)使得納米增強(qiáng)相均勻地分散在基體中。該方法成本低，能夠大批量生產(chǎn)。同時(shí)，所形成的鋁/石墨烯界面通過氧化鈦層穩(wěn)定結(jié)合，結(jié)合性能較好，所得的復(fù)合材料晶粒細(xì)小，機(jī)械性能優(yōu)異。

在壓鑄的過程中氧化鈦包覆羧基化石墨烯的含量、環(huán)境的控制以及工藝參數(shù)的確定非常重要，這三個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，都直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

本發(fā)明的具體原理為：通過高能超聲的空化及聲流效應(yīng)，將氧化鈦包覆羧基化石墨烯顆粒均勻擴(kuò)散至基體中。為減少氧化鈦包覆石墨烯顆粒的團(tuán)聚情況，通過醇熱法對(duì)羧基化石墨烯表面進(jìn)行處理，使其表面包覆著氧化鈦?zhàn)鳛榉€(wěn)定的顆粒保護(hù)層。同時(shí)，在制備復(fù)合材料漿料的過程中，引入高能超聲震動(dòng)，能有效地分散增強(qiáng)相及中間相，提高復(fù)合材料機(jī)械性能。壓鑄凝固的過程中，能有效增強(qiáng)鋁/石墨烯界面結(jié)合強(qiáng)度，使羧基化石墨烯更加穩(wěn)定的固定在基體中，從而獲得優(yōu)異機(jī)械性能的產(chǎn)品。