[發明專利]一種涂覆氧化鈦/氧化石墨烯增強含鋁鎂基材料制備方法

有效

• 申請號: 201811088879.4
• 申請日: 2018-09-17
• 公開（公告）號: CN109385551B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 閆洪;吳慶捷
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/02;C22C23/02;C22F1/06
• 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

一種涂覆氧化鈦/氧化石墨烯增強含鋁鎂基材料制備方法，通過在無水環境中，利用水熱高壓，并在氧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銳鈦型GO@TiO2。所得粉末與鎂粉混合超聲并球磨。并將混料冷壓熱擠得到中間相，然后在超聲環境中導入熔體中，熔體溫度控制在液相線附近并超聲。所得復合熔體導入預熱后的覆膜砂模具中，接著進行超聲直至凝固。再將所得坯料變通道塑形熱擠得到棒狀坯料后再等徑角多次擠壓，得到涂覆氧化鈦/氧化石墨烯增強含鋁鎂基復合材料。本發明所處理的鋁基復合材料制備技術具有簡單、安全、低成本。所得Mg17Al12相及晶粒細小，并且氧化石墨烯在多次的擠壓分散中分布較好，同時，由于涂覆層的存在GO的潤濕性得到改善，使得其與基體結合較好。

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。

鎂基材料，尤其是鎂鋁合金，具有密度小，質量輕、強度大及減震性能強等優點，廣泛地應用于航空及汽車等交通運輸行業中。該合金是一種典型的共晶型合金，它具有較好的鑄造性能，同時又兼具比強度高，價格低廉等優點。通常情況下，合金中的Mg₁₇Al₁₂易呈現出浮島型或者粗大塊狀，這容易在受力過程中割裂基體，嚴重影響基體的力學性能，因而對于該相的細化是鎂鋁合金的研究重點之一。另一方面，利用碳材料如碳納米管或石墨烯來增強金屬基材料的強度以及其他力學性能的研究作為當前研究熱門，并取得了一定程度的進展。然氧化石墨烯（GO）在金屬中的應用缺陷也較為明顯。氧化石墨烯表現出極差的潤濕性，這直接導致了與金屬界面結合性不強，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鋁基材料磨損的關鍵。

目前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。

碳材料分散性的控制通常體現在金屬制備過程中。目前，通過原位合成法和粉末冶金法制備碳材料鋁基復合材料較為常見。然而這幾種方法的缺陷也是顯而易見，粉末冶金為熱門研究方向，但界面結合以及致密性問題未能得到有效解決。原位合成法存在工藝過于復雜及過程難于控制等短板。而攪拌法的分散問題未得到有效解決。

在公開專利號為108060321A，名為一種石墨烯增強鋁基復合材料的制備方法中，采用了半固態鑄造結合擠壓法來促使石墨烯的分散，并制備了石墨烯增強鋁基復合材料。然而該法未能有效改善石墨烯的潤濕性問題并且在凝固過程中極易出現石墨烯再次團聚問題等，因而質量不能保持較好的一致性。

在公開專利號為107058786A，名為一種鎂基石墨烯復合材料的制備方法中，采用了中間相壓塊加超聲熔鑄的方法制備石墨烯鎂基材料，然而該方法并未解決石墨烯的潤濕性問題以及石墨烯在澆注過程中的再團聚問題。同時也未涉及到Mg₁₇Al₁₂的細化等問題。

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，采用了混料、烘干、球磨、冷壓、燒結以及擠壓等常規粉末冶金法制備了石墨烯增強鋁基復合材料，雖對潤濕性做了改善，然材料未涉及到熔融，本身的致密性等問題依然較為突出。

因此，綜上所述，目前仍然缺乏一種經濟有效的石墨烯增強鎂鋁合金材料制備技術。

發明內容