[發明專利]一種高性能7075鋁合金的模鍛方法

有效

• 申請號: 201811079815.8
• 申請日: 2018-09-17
• 公開（公告）號: CN109182822B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 閆洪;魏志帆
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;B22D18/02;C22F1/053;C22C21/10;C22C32/00
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

一種高性能7075鋁合金的模鍛方法，在無水環境中，利用醇熱高壓，并在羧基化石墨烯自帶官能團作用下吸附Ti離子，并在后期焙燒中得到TiO₂（銳鈦型）包覆羧基化石墨烯。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，氧化鈦包覆羧基化石墨烯顆粒在高能超聲儀的作用下分散。將所得復合材料漿料倒入下模型腔中心位置進行觸變模鍛，得到模鍛坯料，隨后將坯料進行T6熱處理，最終得到高性能的產品。本發明生產的產品具有良好的綜合機械性能，同時，該技術具有簡單、安全、易于操作和可控等優點。

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域。

背景技術

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構，引起了物理、化學和材料學界研究學者的極大興趣，有關石墨烯的基礎研究和工程應用研究成為近幾年的研究熱點。由于石墨烯具有高的強度，其抗拉強度可達130GPa，暗示著石墨烯在材料應用研究上有巨大的應用空間。

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

隨著國民經濟的發展，人們對載運工具的高速化和重載化有了更苛刻的要求。如要求載運工具的制動盤表層在制動中承受更高的溫度，需要對應的鋁制材料有更優異的耐磨性能和更好的耐熱性等。大量研究表明，增強相的正確選擇可直接提高復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材料的特質。因而正確的使用可有效地減少材料的損耗。

然而羧基化石墨烯[1] 的缺陷也較為明顯。羧基化石墨烯類似于CNT的結構表現出極差的潤濕性，這直接導致了與金屬基體界面結合性不強，不利于復合材料的制備。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金屬基材料的關鍵。

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

在公開專利號106702193A，名稱為：“一種石墨烯/鋁復合材料的制備方法”中。利用化學鍍對石墨烯進行預處理得到鍍鎳的石墨烯。再混粉進行常規熱壓燒結。事實上該方法由于化學鍍的局限性，對人體傷害較大，并且還需要單獨對石墨烯羧基化，生產周期長，對于該類粉末浪費度較高，具有一定的局限性。

因此，目前仍然缺乏一種經濟有效的羧基化石墨烯增強鋁基復合材料制備與成形技術。

發明內容

本發明的目的是提供一種新的利用羧基化石墨烯增強鋁基材料的模鍛技術。它是利用醇熱法在羧基化石墨烯表面包覆一層氧化鈦，并在增強相添加至基體時利用高能超聲的空化及聲流效應使得納米增強相均勻地分散在基體中。該方法成本低，能夠大批量生產。同時，所形成的鋁/石墨烯界面通過氧化鈦層穩定結合，結合性能較好，所得的復合材料晶粒細小，機械性能優異。

在等溫模鍛的過程中氧化鈦包覆羧基化石墨烯顆粒的含量、環境的控制以及工藝參數的確定非常重要，這三個環節環環相扣，都直接影響產品的質量。

本發明的具體原理為：通過高能超聲的空化及聲流效應，將氧化鈦包覆羧基化石墨烯顆粒均勻擴散至基體中。為減少氧化鈦包覆石墨烯顆粒的團聚情況，通過醇熱法對羧基化石墨烯表面進行處理，使其表面包覆著氧化鈦作為穩定的顆粒保護層。同時，在制備復合材料漿料的過程中，引入高能超聲震動，能有效地分散增強相及中間相。等溫模鍛的過程中，能有效增強鋁/石墨烯界面結合強度，使羧基化石墨烯更加穩定的固定在基體中，有效的提高產品的機械性能。

本發明是通過以下技術方案實現的。