[发明专利]一种铜基烯合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种烯合金，具体涉及一种铜基烯合金。

背景技术

石墨烯是一种新型二维纳米材料，其纳米片是由sp2杂化碳原子组成的单原子层厚度的二维材料，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，强度高达1.01Tpa，是结构钢的100倍，密度却是结构钢的1/5。导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下电子迁移率超过200000cm2/V·S，高于纳米碳管或硅晶体，电阻率只约1Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。

石墨烯属于纳米级材料，具有表面活性，易与其他材料粒子结合。纳米粒子最主要的应用是作为其他非纳米材料改性时的填充材料，但很多的纳米粒子制取和保存都相对困难，石墨烯比较便于大规模制取和保存，因此可以用作其他材料改性时的填充材料。由于石墨烯的韧性和强度及表面活性，当作为填充材料时，可使石墨烯成为其他基础材料晶粒之间的隐性焊接材料，在晶粒界面形成链桥效应。基础材料晶粒间通过石墨烯表面活性作用，形成晶粒界面呈现无缝隙连接的形态。基础材料中的晶粒界面形成无缝隙连接后，在外力作用时，其晶界滑移现象减少，抗应力能力增加，从而使得被填充的基础材料的强度随着抗应力能力的提高而增强。

传统工艺方法已很难提高金属材料的强度，使用密度小强度大的石墨烯作为增强材料，提高金属材料强度的同时还能降低材料的密度。将石墨烯复合到铝、钛、镁等金属材料中，可以得到轻质高强、兼备导电、导热等功能特性的结构功能一体化的复合材料。

2014年05月08日，中航工业航材院的科研人员在国际石墨烯研究领域首创一类具有优异性能的新型合金材料“烯合金”材料。

铜基复合材料的比强度和比刚度高，热膨胀系数低，且具有良好的高温性能和耐磨性。目前铜基复合材料的增强填料主要为颗粒增强填料和纤维增强填料。纤维增强填料不仅提高了铜基体的强度，还改善了塑性。碳纳米管是一种重要的铜基纤维增强填料，但其生产成本较高，石墨烯的成本低且轻质高强。

但石墨烯存在尺寸较小，比表面积大，很难分散，很容易团聚的问题，严重影响烯合金的性能。目前石墨烯增强金属基复合材料的工艺均存在产量低的问题，很难形成大规模生产。

发明内容

为克服现有烯合金存在的上述缺陷，本发明提供了一种铜基烯合金，石墨烯纳米片均匀弥散的分布到铜和/或铜合金基体中。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：

一种铜基烯合金，铜基烯合金包括如下重量百分比的组分：石墨烯0.1％～5％，铜和/或铜合金为余量。

进一步的，铜基烯合金包括石墨烯0.1％～3.0％。

进一步的，铜基烯合金包括石墨烯0.1％～1.0％。

进一步的，铜基烯合金包括石墨烯0.1％～0.5％。

进一步的，铜基烯合金包括石墨烯0.1％～0.3％。

进一步的，铜和/或铜合金粉体的粒径为5～100μm。

进一步的，铜和/或铜合金粉体的粒径为5～20μm。

进一步的，铜合金包括如下重量百分比的组分：镍(Ni)≤0.2％，铁(Fe)≤0.05，铅(Pb)≤0.01，锑(Sb)≤0.005，铋(Bi)≤0.002，杂质总和％≤0.5，铜(Cu)余量。

一种铜基烯合金的制备方法包括如下步骤：

a-1)制备石墨烯单分散溶液；

a-1-1)配置溶液；

a-1-2)将石墨烯溶入溶液；

a-1-3)将步骤a-1-2)制备的石墨烯有机溶液放入超声波震荡器中搅拌；

a-2)将铜和/或铜合金粉体加入到步骤a-1)所得石墨烯单分散溶液；

a-3)将步骤a-2)所得石墨烯和铜和/或铜合金混合溶液放入球磨罐中球磨20～40h；

a-4)将步骤a-3)制得的混合溶液于50～60℃和搅拌下烘干；

b)将步骤a)得到的石墨烯和铜和/或铜合金混合粉体装入制备好的不锈钢包套内(包套内径为80～120mm，包套内腔高度为85～300mm)；

c)将包套加热至700～750℃后进行真空除气2～4h至真空度为1.0×10^-3Pa，将包套砸瘪，焊接密封；

d)将步骤c)得到的密封的包套进行热等静压，温度700℃～900℃，压力100～200MPa，保温保压时间为2～4h；

e)将热等静压后的包套进行机械加工，车削去掉包套皮，得直径为55～85mm，高度为55～200mm的圆柱形预制锭；