[发明专利]一种石墨烯/铝复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯/铝复合材料的制备方法，属于金属基复合材料领域。

背景技术

石墨烯具有许多优良的物理化学性能：密度低，仅为钢的五分之一，而强度和弹性模量分别为125GPa和1100GPa；良好的导热性，导热率可达5000W/(m·K)；优异的导电性能，室温下，其载流子的迁移率可达到15000cm²/(V·s)，由于石墨烯的上述优良性能，将其作为增强体添加到铝或铝合金中，可获得强度、弹性模量及热电性能优良的铝基复合材料。

目前，石墨烯/铝复合材料制备技术主要有球磨+粉末冶金、球磨+压力浸渗、溶液分散+球磨+热等静压+重熔、以及溶液分散+通孔泡沫铝+轧制等方法，但现有工艺中尚存在如下缺点：1)石墨烯与基体之间润湿性差，导致复合材料在受力时石墨烯较易从基体中拔出；2)常规粉末冶金方法制备铝基复合材料时，由于铝粉易氧化，难以获得良好冶金结合的烧结坯；3)石墨烯的分散效果较差、团聚较为严重。为克服现有工艺的缺点，本发明提供了一种基于石墨烯化学镀镍、球磨和高温热挤压的石墨烯/铝复合材料制备方法。本发明具有以下优点：应用经化学镀镍的石墨烯作为增强体，克服了复合材料受力时石墨烯较易从基体中拔出的缺点，这主要是因为石墨烯镀镍后与铝或铝合金粉末之间的润湿性增强、使得石墨烯与铝或铝合金之间具有良好的界面结合力；热挤压温度为基体铝熔点或铝合金固相线温度以下10-100℃，在高温热挤压强烈的热力作用下实现铝粉间的冶金结合，克服了常规粉末冶金方法制备铝基复合材料时，因铝粉易氧化而不能使铝粉间获得良好冶金结合的问题；石墨烯镀镍、球磨混料及热挤压均可减小石墨烯自身的团聚，所以，相较于现有工艺，本工艺制得的复合材料，石墨烯在材料中的分散效果更好。

发明内容

本发明提供一种石墨烯/铝复合材料的制备方法，采用铝或铝合金粉末和石墨烯为原料，主要步骤为：1)石墨烯化学镀镍；2)镀镍石墨烯和铝或铝合金粉末混合球磨制得混合粉体；3)混合粉体压制获得压坯；4)压坯加热到比基体铝熔点或铝合金固相线温度低10-100℃的温度进行热挤压，挤压材料空冷后得到石墨烯/铝复合材料，具体步骤如下：

(1)化学镀镍

a、敏化活化：按照6-10g/L的量将石墨烯加入到20-30℃的敏化活化溶液中，磁力搅拌6-10min，搅拌速度为40-60r/min，水洗，过滤，得到敏化活化的石墨烯；

b、解胶：将步骤a敏化活化的石墨烯加入到温度为40-45℃、浓度为5％的盐酸溶液中进行解胶，时间为0.5-2.5min，水洗，过滤；

c、化学镀镍：将步骤b解胶后的石墨烯以6-10g/L的量加入到化学镀镍溶液中，超声分散60-80min，过滤清洗，干燥，得到镀镍石墨烯；镀覆过程中，镀液温度保持为25-45℃，镀液用NH₄OH调节pH值保持为8-10，化学镀镍溶液各成分及含量如下：NiCl₂0.15-0.19mol/L、NiSO₄ 0.06-0.09mol/L、Na₂HC₆H₅O₇0.055-0.075mol/L、NaH₂PO₂0.6-1mol/L、NH₄Cl2-2.5mol/L、Pd(NO₃)₂8.0-12×10^-3mol/L；

(2)球磨：将粒度为100-500目的铝或铝合金粉末和步骤(1)得到的镀镍石墨烯为原料进行配料，将配好的混合物料放入球磨罐，抽真空、充入保护气体N₂或Ar₂后，进行球磨；(3)压制：将步骤(2)球磨混合后的混合粉体，用100-600MPa的压力进行压制，所用压力下保压5-15min获得压坯；

(4)热挤压：将步骤(3)获得的压坯加热到热挤压温度，保温5-15min后进行热挤压，热挤压后空冷，得到石墨烯/铝复合材料。