一种复合工艺制备石墨烯增强铝基复合材料的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112962001A(43)申请公布日2021.06.15(21)申请号202110030613.XB22F3/14(2006.01)(22)申请日2021.01.11C22C1/06(2006.01)(71)申请人南昌大学地址330038江西省南昌市红谷滩新区学府大道999号(72)发明人闫洪熊俊杰(74)专利代理机构南昌金轩知识产权代理有限公司36129代理人文珊(51)Int.Cl.C22C1/10(2006.01)C22C21/02(2006.01)C22F1/02(2006.01)C22F1/043(2006.01)B22D23/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页(54)发明名称一种复合工艺制备石墨烯增强铝基复合材料的方法(57)摘要本发明提供一种复合工艺制备石墨烯增强铝基复合材料的方法，属于金属材料制造技术领域。一种复合工艺制备石墨烯增强铝基复合材料的方法，包括以下步骤：在熔铸条件下，利用高能超声将铝石墨烯中间预制块分批加入铝合金熔体中，之后迅速降温浇注得到熔铸坯料；接着将熔铸坯料放入真空熔炼炉中进行熔炼，利用交流电产生的电磁力对增强相进一步分散，接着保温，然后迅速喷铸得到喷铸坯料；接着将喷铸坯料在真空热处理炉中进行热处理，最终在合适的工艺参数条件下得到高性能复合材料。本发明工艺稳定，环保安全，制备的复合材料组织明显细化，石墨烯与基体界面结合良好，分布也较为均匀，其综合力学性能得到较大程度的提高。CN112962001ACN112962001A权利要求书1/2页1.一种复合工艺制备石墨烯增强铝基复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将石墨烯与铝粉利用超声分散混合得到混合液；2)将混合液在恒温加热磁力搅拌器作用下进行磁力搅拌，搅拌后放入真空干燥箱内烘干，烘干后的粉末放入真空热压烧结炉中烧结得到铝石墨烯中间预制块，将预制块切成小颗粒并用铝箔纸包覆后备用；3)将Al‑Si‑Cu基体合金切成小块后放入石墨坩埚中，将坩埚放至电阻炉加热至780‑800℃、保温25‑30min将基体合金全部熔化，随后朝不同角度往坩埚中分批加入铝石墨烯中间预制块小颗粒，加入预制块的同时施加高能超声，之后将熔体迅速降温浇注到模具得到熔铸坯料；4)将熔铸坯料放入真空熔炼炉中重新熔炼，熔炼后喷铸得到喷铸坯料；5)将喷铸坯料放入真空热处理炉中进行第一次固溶处理，固溶温度为510±5℃，保温3.5‑4.5h，保温完成迅速放入温度为50‑60℃水中冷却；将第一次固溶处理后材料放入真空热处理炉中进行第二次固溶处理，固溶温度为530±5℃，保温4.0‑5.0h，保温完成迅速放入温度为50‑60℃水中冷却；将第二次固溶处理后材料放入真空热处理炉中进行时效处理，时效温度为180±5℃，保温9‑10h，随后空冷即得性能较好的石墨烯增强铝基复合材料。2.根据权利要求1所述一种复合工艺制备石墨烯增强铝基复合材料的方法，其特征在于，步骤1)所述混合具体步骤为将石墨烯纳米片与无水乙醇按每100ml乙醇中混入2.5g‑3.5g石墨烯纳米片进行混合，然后放入超声清洗仪中超声分散处理100‑150min，将铝粉与无水乙醇按每150ml乙醇中混入46.5g‑47.5g铝粉进行机械搅拌混合100‑150min，搅拌速度为100‑120r/min，向超声分散处理后的石墨烯纳米片乙醇分散液中均匀倒入铝粉乙醇混合液继续保持同功率、频率超声分散处理和同搅拌速度搅拌60‑80min得到混合液。3.根据权利要求2所述一种复合工艺制备石墨烯增强铝基复合材料的方法，其特征在于，所述石墨烯纳米片为厚度4‑20nm、微片大小5‑10μm、层数小于20的石墨烯纳米片，所述铝粉纯度≧99.5％，粒度为200‑300目。4.根据权利要求2所述一种复合工艺制备石墨烯增强铝基复合材料的方法，其特征在于，所述超声分散处理超声功率为400‑480W，频率为35‑45kHz。5.根据权利要求1所述一种复合工艺制备石墨烯增强铝基复合材料的方法，其特征在于，步骤2)所述磁力搅拌加热温度为45‑55℃，搅拌速度为1500‑2000r/min；特别地，为避免铝粉与石墨烯出现分层现象，磁力搅拌需一直保持直至铝石墨烯乙醇混合液呈糊状时才停止。6.根据权利要求1所述一种复合工艺制备石墨烯增强铝基复合材料的方法，其特征在于，步骤2)所述烧结其温度为400‑430℃，热压压强为40‑60MPa，保压时间为2‑3h；特别地，烧结后得到铝石墨烯中间预制块，其中石墨烯质量百分比为5％‑7％，余量为铝。7.根据权利要求1所述一种复合工艺制备石墨烯增强铝基复合材料的方法，其特征在于，步骤3)所述Al‑Si‑Cu基体合金其各元素按质量百分比包括：硅9.5