本發(fā)明涉及復合材料材料制造領域，具體涉及一種強化銅鋁合金的制備方法。

背景技術：

合金材料由于在材料中存在多種金屬元素，因此可以具有不同金屬元素的特性，具備了不同金屬元素的特性后，擴大了合金材料的性能和使用范圍。銅鋁合金合金的使用范圍很廣，可以用于輕工、重工、電子行業(yè)等。例如被用來制作彈簧、電子設備的金屬部分、五金器材、醫(yī)療設備等。目前普通的銅鋁合金合金的抗拉強度和沖擊韌性較差，因此我們應該致力于提高銅鋁合金合金的抗拉強度和沖擊韌性。

目前，顆粒銅鋁基復合材料的制備方法主要有粉末冶金法，噴射沉積法，攪拌復合鑄造法等多種方法。攪拌鑄造法相比粉末冶金法和噴射沉積法而言，制備工藝設備簡單，制備成本低廉，便于工業(yè)化生產(chǎn)，而且可以制造出形狀復雜的零件，是目前最受重視、關注最多的復合材料制備方法。但是，該方法必須解決增強體顆粒與銅鋁熔體的潤濕性和增強體顆粒在銅鋁熔體中的均勻分散兩個關鍵技術問題，才能獲得組織致密、顆粒分散均勻、界面結合良好、性能優(yōu)異的復合材料。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種強化銅鋁合金的制備方法，本發(fā)明方法簡單、可靠、經(jīng)濟，只經(jīng)簡單重熔就仍可得到很好的復合材料，制備方法還實現(xiàn)了石墨烯材料與鋁合金顆粒的很好的結合，從而調(diào)節(jié)所述復合材料的總體密度以及強度，具有良好的抗拉強度和沖擊韌性。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種強化銅鋁合金的制備方法，該方法包括如下步驟：

（1）制備碳顆粒鋁合金基材

將250g天然石墨和由4.5l濃硫酸和0.5l濃磷酸組成的5l混酸混合于反應釜內(nèi)并用電控磁力攪拌器攪拌均勻，在低于20℃的情況下緩慢加入500g高錳酸鉀；之后，密封反應釜并升溫至85-90℃反應2-3小時，將產(chǎn)物從反應釜下端取出，稀釋成40l溶液，加入0.6l雙氧水得亮黃色氧化石墨溶液；然后，用酸和水交替離心洗滌，至溶液ph=5-6，去除雜質(zhì)離子；最后，超聲分散氧化石墨，配置出一定濃度的氧化石墨烯溶液；

將2l的0.5mg/ml氧化石墨烯溶液轉移至反應釜內(nèi)，在磁力攪拌下加入12-36g鐵粉和0.8-1.8l的濃鹽酸，75-90℃反應4-5小時；然后靜置，用鹽酸抽濾洗滌除去殘留的鐵粉，再水洗抽濾除酸；最后冷凍干燥，研磨過篩得石墨烯顆粒；

（2）將a357鋁合金為基體材料，在半固態(tài)下進行攪拌，所述的基體材料為顆粒大小為14.2μm，半固態(tài)下攪拌時間為6個小時；

在攪拌半固態(tài)漿體完成后，加入石墨烯顆粒，加熱的同時繼續(xù)攪拌，得到液態(tài)鋁合金材料；

將液態(tài)鋁合金材料降溫至液-固兩相區(qū)，放置于惰性氣體中；在惰性氣體環(huán)境中液態(tài)攪拌液態(tài)復合材料，并逐步將溫度降低至常溫，可得到高質(zhì)量的碳顆粒鋁合金基材。

（2）取組成銅鎳合金的化學成分，化學成分重量百分比如下：鎳為10％-23％、釩為0.05％-0.08％、鉻為0.3％-0.4％、碳為1％-3％、氯化鈉為3.4％-5.8％，余量為銅；將各成分均勻投入高溫感應爐中，將溫度設定為800-1200℃，通入氧氣和氯氣，氧氣的體積百分比為10-20％，氯氣的體積百分比為80-90％，使得感應爐的壓強為85-150pa，進行熔煉，隨后將溫度降低到700-900℃，加入氫氧化鈉4.3-5.4％攪拌，熔煉后澆鑄得到銅鎳合金；

按重量份量計，將上述銅鎳合金20-35份與上述碳顆粒鋁合金基材60-85份進行熔煉，壓鑄成型，得到銅鋁合金合金復合材料。

優(yōu)選的，在步驟（2）中，銅鎳合金和碳顆粒鋁合金基材熔煉的溫度是850-960℃，熔煉過程中采用無接觸式電磁攪拌。

本發(fā)明的優(yōu)點在于，方法簡單、可靠、經(jīng)濟，只經(jīng)簡單重熔就仍可得到很好的復合材料，制備方法還實現(xiàn)了石墨烯材料與鋁合金顆粒的很好的結合，從而調(diào)節(jié)所述復合材料的總體密度以及強度，具有良好的抗拉強度和沖擊韌性。

具體實施方式

實施例一

將250g天然石墨和由4.5l濃硫酸和0.5l濃磷酸組成的5l混酸混合于反應釜內(nèi)并用電控磁力攪拌器攪拌均勻，在低于20℃的情況下緩慢加入500g高錳酸鉀；之后，密封反應釜并升溫至85℃反應2小時，將產(chǎn)物從反應釜下端取出，稀釋成40l溶液，加入0.6l雙氧水得亮黃色氧化石墨溶液；然后，用酸和水交替離心洗滌，至溶液ph=5-6，去除雜質(zhì)離子；最后，超聲分散氧化石墨，配置出一定濃度的氧化石墨烯溶液。

將2l的0.5mg/ml氧化石墨烯溶液轉移至反應釜內(nèi)，在磁力攪拌下加入12g鐵粉和0.8l的濃鹽酸，75℃反應4小時；然后靜置，用鹽酸抽濾洗滌除去殘留的鐵粉，再水洗抽濾除酸；最后冷凍干燥，研磨過篩得石墨烯顆粒。

將a357鋁合金為基體材料，在半固態(tài)下進行攪拌，所述的基體材料為顆粒大小為14.2μm，半固態(tài)下攪拌時間為6個小時。

在攪拌半固態(tài)漿體完成后，加入石墨烯顆粒，加熱的同時繼續(xù)攪拌，得到液態(tài)鋁合金材料。將液態(tài)鋁合金材料降溫至液-固兩相區(qū)，放置于惰性氣體中；在惰性氣體環(huán)境中液態(tài)攪拌液態(tài)復合材料，并逐步將溫度降低至常溫，可得到高質(zhì)量的碳顆粒鋁合金基材。

取組成銅鎳合金的化學成分，化學成分重量百分比如下：鎳為10％、釩為0.05％、鉻為0.3％、碳為1％、氯化鈉為3.4％，余量為銅；將各成分均勻投入高溫感應爐中，將溫度設定為800℃，通入氧氣和氯氣，氧氣的體積百分比為10％，氯氣的體積百分比為90％，使得感應爐的壓強為85pa，進行熔煉，隨后將溫度降低到700℃，加入氫氧化鈉4.3％攪拌，熔煉后澆鑄得到銅鎳合金；

按重量份量計，將上述銅鎳合金20份與上述碳顆粒鋁合金基材60份進行熔煉，壓鑄成型，得到銅鋁合金合金復合材料。銅鎳合金和碳顆粒鋁合金基材熔煉的溫度是850℃，熔煉過程中采用無接觸式電磁攪拌。

實施例二

將250g天然石墨和由4.5l濃硫酸和0.5l濃磷酸組成的5l混酸混合于反應釜內(nèi)并用電控磁力攪拌器攪拌均勻，在低于20℃的情況下緩慢加入500g高錳酸鉀；之后，密封反應釜并升溫至85-90℃反應2-3小時，將產(chǎn)物從反應釜下端取出，稀釋成40l溶液，加入0.6l雙氧水得亮黃色氧化石墨溶液；然后，用酸和水交替離心洗滌，至溶液ph=5-6，去除雜質(zhì)離子；最后，超聲分散氧化石墨，配置出一定濃度的氧化石墨烯溶液。

將2l的0.5mg/ml氧化石墨烯溶液轉移至反應釜內(nèi)，在磁力攪拌下加入36g鐵粉和1.8l的濃鹽酸，90℃反應5小時；然后靜置，用鹽酸抽濾洗滌除去殘留的鐵粉，再水洗抽濾除酸；最后冷凍干燥，研磨過篩得石墨烯顆粒。

將a357鋁合金為基體材料，在半固態(tài)下進行攪拌，所述的基體材料為顆粒大小為14.2μm，半固態(tài)下攪拌時間為6個小時。

在攪拌半固態(tài)漿體完成后，加入石墨烯顆粒，加熱的同時繼續(xù)攪拌，得到液態(tài)鋁合金材料。

將液態(tài)鋁合金材料降溫至液-固兩相區(qū)，放置于惰性氣體中；在惰性氣體環(huán)境中液態(tài)攪拌液態(tài)復合材料，并逐步將溫度降低至常溫，可得到高質(zhì)量的碳顆粒鋁合金基材。

取組成銅鎳合金的化學成分，化學成分重量百分比如下：鎳為23％、釩為0.08％、鉻為0.4％、碳為3％、氯化鈉為5.8％，余量為銅；將各成分均勻投入高溫感應爐中，將溫度設定為1200℃，通入氧氣和氯氣，氧氣的體積百分比為20％，氯氣的體積百分比為80％，使得感應爐的壓強為150pa，進行熔煉，隨后將溫度降低到900℃，加入氫氧化鈉5.4％攪拌，熔煉后澆鑄得到銅鎳合金；

按重量份量計，將上述銅鎳合金35份與上述碳顆粒鋁合金基材85份進行熔煉，壓鑄成型，得到銅鋁合金合金復合材料。銅鎳合金和碳顆粒鋁合金基材熔煉的溫度是960℃，熔煉過程中采用無接觸式電磁攪拌。