[发明专利]一种用包覆氧化镁石墨烯增强镁基复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料制备领域，特别涉及镁基复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着航空航天、机械、汽车及电子行业等高新技术领域的快速发展，对镁基复合材料的需求量急剧增加。镁基复合材料具有比强度、比刚度高、高耐磨性、高的减振性等优点，受到了前所未有的重视。而石墨烯（graphene, GN）自2004年被安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃消洛夫成功地从石墨中剥离出以来，由于其优越的物理化学性能，引起了材料研究者们广泛的兴趣。目前将石墨烯作为增强相引入镁合金基体中，试图获得高性能镁基复合材料还处于起始阶段。与碳纳米管类似，要制备高性能石墨烯镁基复合材料同样需解决以下3个方面的问题：一是如何采取适当的方法将石墨烯均匀地分散到基体中，且与基体良好的界面结合；二是如何解决石墨烯表面活性低，与镁合金润湿性较差的难题；三是如何使石墨烯在高温烧结过程中保持完整结构。目前，解决以上三个问题，主要是通过对石墨烯进行表面改性处理来达到改善分散性的同时提高石墨烯与镁基体的界面结合强度。已有研究报道[Kondoh K, Fukuda H, Umeda J, et al. Materials Science and Engineering: A. 2010, 527(16–17): 4103-4108]在碳纳米管与镁基体界面处存在纳米级氧化镁时复合材料强度更高，界面处纳米氧化镁过渡层的存在可以提高碳纳米管与基体的界面结合质量。纳米级氧化镁(magnesium oxide, MgO)与镁具有很好的晶体取向关系，能够作为镁基体的异质形核质点，细化镁合金晶粒。鉴于此，若在石墨烯表面包覆一层均匀的纳米氧化镁颗粒，则能够有效改善石墨烯在镁基体中的分散性，细化晶粒组织，并可提高石墨烯与镁基体的界面结合强度，从而有利于制备出高性能石墨烯/镁基复合材料。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种用包覆氧化镁石墨烯(magnesium oxide coated graphene, MgO-GN)增强镁基复合材料的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的制备方法包括以下步骤。

（1）将0.1-5g包覆氧化镁后的石墨烯与≥250 ml的乙醇溶液混合后超声分散1-2h得到均匀分散的包覆氧化镁石墨烯混合液。

（2）将质量≥95g，粒度≤325目的AZ91镁合金粉末加入到步骤（1）所得混合液中，同时进行超声+机械搅拌1-3h后获得分散较均匀的混合浆液。

（3）对步骤（2）所得混合浆液进行滤、真空干燥后转移至模具中，在室温下进行冷压，压力为100-600MPa。

（4）将步骤（3）所得冷压后的复合材料在氩气保护下，烧结2-4h，烧结温度为500～600℃。

（5）最后将步骤（4）烧结后的复合材料在350～400℃温度下进行热挤压。

（6）最后将步骤（5）挤压后的复合材料进行T6热处理。

本发明工艺成本低，安全可靠，操作简单，包覆氧化镁石墨烯在镁合金中分散均匀且与基体界面结合强度高，其晶粒细化效果明显，复合材料性能优异，适于工业化制备高性能石墨烯增强镁合金复合材料。

附图说明

图1为本发明所用包覆氧化镁石墨烯的SEM形貌。

图2为本发明制备的包覆氧化镁石墨烯在AZ91镁合金粉中的分散情况。其中，a为放大倍数为1500倍的显微图像；b为放大倍数为12000倍的显微图像。

图3为本发明制备的AZ91合金与AZ91/0.5wt.%MgO-GN复合材料显微组织。其中，a为AZ91合金显微组织，b为AZ91/0.5wt.%MgO-GN复合材料显微组织。

图4为本发明制备的AZ91/0.5wt.%MgO-GN复合材料断口形貌情况。

图5为图4所示断口形貌对应A区域位置的能谱分析结果。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明。

实施例1。