一種鋁基烯合金的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種烯合金的制備方法，具體涉及一種鋁基烯合金的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 石墨烯是一種新型二維納米材料，其納米片是由sp2雜化碳原子組成的單原子層 厚度的二維材料，是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料，強度高達1. OlTpa，是結(jié)構(gòu)鋼的 100倍，密度卻是結(jié)構(gòu)鋼的1/5。導(dǎo)熱系數(shù)高達5300W/m*K，高于碳納米管和金剛石，常溫下 電子迀移率超過200000cm2/V ? S，高于納米碳管或硅晶體，電阻率只約1 Q ? m，比鋁或銀更 低，為世上電阻率最小的材料。
[0003] 石墨稀屬于納米級材料，具有表面活性，易與其他材料粒子結(jié)合。納米粒子最主要 的應(yīng)用是作為其他非納米材料改性時的填充材料，但很多的納米粒子制取和保存都相對困 難，石墨烯比較便于大規(guī)模制取和保存，因此可以用作其他材料改性時的填充材料。由于石 墨烯的韌性和強度及表面活性，當作為填充材料時，可使石墨烯成為其他基礎(chǔ)材料晶粒之 間的隱性焊接材料，在晶粒界面形成鏈橋效應(yīng)?；A(chǔ)材料晶粒間通過石墨烯表面活性作用， 形成晶粒界面呈現(xiàn)無縫隙連接的形態(tài)?；A(chǔ)材料中的晶粒界面形成無縫隙連接后，在外力 作用時，其晶界滑移現(xiàn)象減少，抗應(yīng)力能力增加，從而使得被填充的基礎(chǔ)材料的強度隨著抗 應(yīng)力能力的提尚而增強。
[0004] 傳統(tǒng)工藝方法已很難提高金屬材料的強度，使用密度小強度大的石墨烯作為增強 材料，提高金屬材料強度的同時還能降低材料的密度。將石墨烯復(fù)合到鋁、鈦、鎂等金屬材 料中，可以得到輕質(zhì)高強、兼?zhèn)鋵?dǎo)電、導(dǎo)熱等功能特性的結(jié)構(gòu)功能一體化的復(fù)合材料。
[0005] 2014年05月08日，中航工業(yè)航材院的科研人員在國際石墨烯研究領(lǐng)域首創(chuàng)一類 具有優(yōu)異性能的新型合金材料"烯合金"材料。但石墨烯存在尺寸較小，比表面積大，很難 分散，很容易團聚的問題，嚴重影響烯合金的性能。目前石墨烯增強金屬基復(fù)合材料的工藝 均存在產(chǎn)量低的問題，很難形成大規(guī)模生產(chǎn)。通過粉末冶金的工藝制備烯合金，包含了"包 套除氣"+"熱等靜壓"，包套除氣容易產(chǎn)生密封不好漏氣現(xiàn)象，使得成品率不高，增加了生產(chǎn) 成本和周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為克服現(xiàn)有烯合金存在的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種制備石墨烯和金屬混合粉 體的方法，該方法改進了石墨烯與鋁和/或鋁合金粉末的混粉工藝，石墨烯納米片均勻彌 散的分布到鋁和/或鋁合金基體中。
[0007] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為；
[0008] -種鋁基烯合金的制備方法包括如下步驟：
[0009] a)制備石墨烯和鋁和/或鋁合金混合粉體，所述粉體包括如下重量份計組分：石 墨烯3%~10%，鋁和/或鋁合金粉末為余量；
[0010] a-1)制備石墨烯單分散溶液；
[0011] a-1-l)配置溶液；
[0012] a-1-2)將石墨烯溶入溶液；
[0013] a-1-3)將步驟a-1-2)制備的石墨烯有機溶液放入超聲波震蕩器中攪拌；
[0014] a-2)將鋁和/或鋁合金粉體加入到步驟a-1)所得石墨烯單分散溶液；
[0015] a-3)將步驟a-2)所得石墨烯和鋁和/或鋁合金混合溶液放入球磨罐中球磨20~ 40h ；
[0016] a-4)將步驟a-3)制得的混合溶液于50~60°C和攪拌下烘干；
[0017] b)將步驟a)得到的石墨烯和鋁和/或鋁合金混合粉體冷壓成冷壓塊；
[0018] c)將步驟b)得到的石墨烯和鋁和/或鋁合金混合粉體冷壓塊置于石英管中，將進 行真空除氣2~4h至真空度為1. 0X 10 3Pa后將石英管密封；
[0019]d)將石英管置中加熱到650~700°C °C，保溫2~4h，隨爐冷卻；
[0020] e)將燒結(jié)成型后的鋁基烯合金進行均勻化處理，溫度為400~500°C下保溫24~ 48h，用噸位200~500t的擠壓機以擠壓比為15 : 1~20 : 1進行熱擠壓，得到鋁基烯合 金棒材。
[0021] 進一步的，步驟a-2)中鋁和/或鋁合金粉體的粒徑為5~100 ym。
[0022] 進一步的，步驟a-1-l)中配置的有機溶劑的重量為石墨烯的19~191倍；所述有 機溶劑為從乙醇、NMP、聚乙二醇或PVP中選出的一種或多種，所述有機溶劑水溶液中有機 溶劑的質(zhì)量百分比為20%~100%。
[0023] 進一步的，步驟a-1-3)將步驟a-1-2)制備的石墨烯有機溶液放入超聲波震蕩器 中進行溶液攪拌的時間多2h。
[0024] 進一步的，步驟a-3)中球磨罐中球料10 : 1~15 : 1，所述球磨機的轉(zhuǎn)速 多300r/min，所述球磨機的磨球為高碳絡(luò)軸承鋼質(zhì)材料磨球。
[0025] 進一步的，步驟a-4)中烘干過程中烘干溫度為50~60°C，烘干的同時進行機械攪 拌。
[0026] 進一步的，將步驟g)得到的鋁基烯合金鑄錠進行均勻化處理，溫度為400°C~ 500°C下保溫24~48h，用乳鋼機乳制成型，得到鋁基烯合金板材。
[0027] 進一步的，鋁基烯合金包括如下重量百分比的組分：石墨烯0. 1%~5%，鋁和/或 錯合金為余量。
[0028] 由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括：
[0029] 1.本發(fā)明的一種鋁基烯合金的制備方法，通過高能球磨的方式，通過球磨珠的碰 撞，將石墨烯均勻分散，解決了石墨烯容易團聚不易分散的問題，將石墨烯與鋁和/或鋁合 金粉末鑲嵌到一起，使得石墨烯與鋁和/或鋁合金粉末粉末均勻的混合。
[0030] 2.本發(fā)明的一種鋁基烯合金的制備方法，通過高能球磨的將石墨烯鑲嵌到鋁和/ 或鋁合金粉末表面，將石墨烯均勻分散于鋁和/或鋁合金基體中，實現(xiàn)了石墨烯與鋁和/或 鋁合金界面的牢固結(jié)合，石墨烯與鋁和/或鋁合金粉末粉末具有良好的結(jié)合界面，為石墨 烯與鋁和/或鋁合金復(fù)合材料的性能提供保證。
[0031] 3.本發(fā)明的一種鋁基烯合金的制備方法，改進了石墨烯與鋁和/或鋁合金粉末的 混粉工藝，石墨烯納米片均勻彌散的分布到鋁和/或鋁合金基體中；采用重熔稀釋預(yù)制錠 的方法改善了石墨烯與鋁合金熔體的潤濕性，其在鋁合金熔體中均勻分散，經(jīng)過稀釋后的 復(fù)合材料由固體重熔成金屬液后石墨烯的彌散性優(yōu)異，無二次團聚現(xiàn)象，重新凝固時石墨 烯的彌散性很強，鑄造和鍛造性能得到大幅度提高。
[0032] 4.本發(fā)明的一種鋁基烯合金的制備方法，石墨烯納米片均勻分布在鋁合金基體 中，與基體形成良好的結(jié)合界面，且石墨烯納米片與鋁合金基體未發(fā)生化學反應(yīng)，并保留了 原始的納米片結(jié)構(gòu)；鋁基烯合金中石墨烯納米片質(zhì)量分數(shù)為0.3%時，鋁基烯合金的屈服 強度和抗拉強度分別提高58%和25%，且合金的延伸率沒有降低。
[0033] 5.本發(fā)明的一種鋁基烯合金的制備方法，在真空環(huán)境下燒結(jié)，可避免鋁和/或鋁 合金氧化和石墨烯變質(zhì)。
[0034] 6.本發(fā)明的一種鋁基烯合金的制備方法，燒結(jié)溫度選擇700°C，在鋁熔點以下 10°c，有利于石墨烯與鋁合金混合粉末成型。
[0035] 7.本發(fā)明的一種鋁基烯合金的制備方法，通過計算很好控制復(fù)合材料中石墨烯的 含量，改進原有鋁