[發明專利]石墨烯復合鋁合金、通過其制備的線材、制備方法和用途

有效

• 申請號: 201910100285.9
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109628789B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 王鈺;趙增華
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/02;C22C1/06;C22C21/00;B21B1/46;C22F1/04
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明涉及石墨烯復合鋁合金、通過其制備的線材、制備方法和用途。所述石墨烯復合鋁合金的制備方法為：將攜帶有石墨烯材料源的惰性氣體通入鋁合金的熔融液中，降溫后得到石墨烯復合鋁合金。本發明采用氮氣攜帶石墨烯材料源的方式，能夠獲得石墨烯分散較為均勻的石墨烯復合鋁合金材料。利用本發明提供的石墨烯復合鋁合金材料能夠進行軋制和拉拔，獲得石墨烯復合鋁合金線材；與不含石墨烯的鋁合金線材相比，力學性能至少提高30～80％，且能夠同時保證導電性能變化范圍為±5％，因此，本發明提供的石墨烯復合鋁合金線材能夠用于架空輸電線路的電線，實現導電性不降低的前提下，提高力學性能。

技術領域

本發明屬于鋁合金復合材料領域，尤其涉及一種石墨烯復合鋁合金、通過其制備的線材、制備方法和用途。

背景技術

近年來我國在電力建設中采用“三新兩型”產品和技術，在架空導線材料領域，中強度鋁合金線，高強度鋁合金線等都得到了大量的應用。國家智能電網建設和超高壓大跨越等輸電項目的實施急需新型高強度、高導電性導線材料，要使電工鋁線獲得高強度，主要是通過添加鎂、硅等合金元素，并輔以時效處理的方式，生產高強度鋁合金導線。在鋁線的強度得到提高的同時其導電率也降低了。

因此，如何在保證電工鋁線導電性能不降低或盡可能少降低的前提下，提高導線材料強度是各國研究者努力的方向。石墨烯以其獨特的二維結構、高強度、高導電性能和高導熱性能等超強的力學和功能特性，被認為是最理想的復合材料增強相。現有石墨烯增強鋁合金制備過程中由于石墨烯分散的不均勻，使得石墨烯增強效果不理想。石墨烯增強鋁合金的制備工藝尚停留在實驗室研究階段，以粉末冶金和熔鑄工藝為主，不能滿足鋁合金線材的工業化生產需求，限制材料技術發展與應用。

本領域需要開發一種能夠工業化使用的將石墨烯復合到鋁合金中的方法，其能夠使石墨烯在鋁合金材料中均勻分散，增強鋁合金的強度。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的之一在于提供一種石墨烯復合鋁合金的制備方法，所述制備方法包括：

將攜帶有石墨烯材料源的惰性氣體通入鋁合金的熔融液中，降溫后得到石墨烯復合鋁合金。

石墨烯材料源使用惰性氣體攜帶加入鋁合金熔融液中，能夠使石墨烯第一時間分散在鋁合金熔融液中，避免其因為于鋁合金密度相差較大，漂浮于表面。

本發明對所述鋁合金不做具體限定，任何本領域技術人員能夠獲得的鋁合金均可用于本發明。優選地，所述鋁合金包括鋁基底和雜質元素，所述雜質元素為鐵≤0.16wt％、硅≤0.08wt％、銅≤0.01wt％、鈦+釩+鉻+錳≤0.015wt％、其他每種雜質≤0.03％；或者所述鋁合金為鋁元素基底和合金元素，所述合金元素包括硅元素、鎂元素、稀土元素(如鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥)等。

優選地，所述石墨烯材料源包括石墨烯和鋁粉。

優選地，所述石墨烯材料源按重量份數包括2～5wt％(例如3wt％、4wt％等)的石墨烯和95～98wt％(例如96wt％、97wt％等)的鋁粉。

優選地，所述石墨烯材料源中，石墨烯吸附在所述鋁粉的表面。

優選地，所述石墨烯的片層直徑≤30μm(例如25μm、20μm、15μm、10μm、5μm、3μm等)，所述石墨烯的片層≤10層(例如9層、8層、7層、6層、5層、4層、3層等)。

優選地，所述鋁粉的粒徑≤70μm，例如65μm、60μm、55μm、50μm、45μm、40μm、30μm、20μm、10μm等。

優選地，所述石墨烯材料源通過將石墨烯與鋁粉混合后球磨得到。

優選地，所述石墨烯材料源通過將石墨烯漿料與鋁粉液相混合后干燥得到。