[发明专利]一种石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯‑碳纳米管复合改性铜铁合金及其制备方法，采用先制备石墨烯以及碳纳米管‑铁纳米复合材料，然后将二者与铜粉和铁粉混合，SPS制备得到石墨烯‑碳纳米管复合改性铜铁合金材料，随后与阳极铜混合，真空熔炼，即可获得石墨烯‑碳纳米管复合改性铜铁合金铸锭；将合金铸锭车光，热锻及锻后车光，热轧，将加热温度缓慢降低至室温，即可获得石墨烯‑碳纳米管复合改性铜铁合金。由于石墨烯‑碳纳米管在合金中均匀分散，该铜铁合金具有较高的致密度；且相比于纯的铜铁合金，由于石墨烯和碳纳米管具有优良的力学性能，使得所制备的铜铁合金具有更佳的洛氏硬度和热导率，在各个领域有非常广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于铜合金领域，特别涉及一种石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金的制备方法。

背景技术

铜合金是指以铜为主要成分的合金，最多人知道的铜合金种类是青铜(铜为主要，锡为次要)和黄铜(铜为主要，锌为次要)；随着科技的发展，铜铁合金逐渐受到人们的关注，CN201510459015.9中就讲到，由金属材料学的知识可以预测到Cu-Fe合金的一些特点：(1)熔点应高于Cu而低于Fe，若将其用做真空电触头材料来替代Cu合金，则可改善其耐电弧烧蚀能力；(2)纯铜和纯铁都具有良好的延展性，因此Cu-Fe合金应该也具备该性能；(3)用Fe替代部分Cu可以降低Cu材料的成本；(4)具有电磁屏蔽效果。铜铁合金具有这么优良的性能，人们也采用各种方式制备高性能的铜铁合金，如CN201210471076.3公开了一种超导铜铁合金，由以下重量份的组分制备完成：Cu：100-220份；CuO：10-50份；Ni：5-25份；Cr2O3：5-12份；Mg：2-10份；Fe2O3：8-20份；Ag：1-5份。该超导铜铁合金，具有极高的导电性，安全无害，其制备方法非常简单，特别适于大规模生产。

不过为了更好的优化合金的性能，人们逐渐关注采用新材料对其进行掺杂，如墨西科技在CN201510894939.1中公开了一种石墨烯改性铜合金纳米材料，所述石墨烯改性铜合金纳米材料通过非氧化还原的插层剥离技术、快速放电等离子烧结技术、调控SPS烧结工艺参数和高精度控制的加工及退火设备制备，该石墨烯改性铜合金纳米材料具有高导热、高导电、高耐磨、高强度的优点，应用领域广泛。

不过由于石墨烯和铜合金之间存在较大的物化特性，在石墨烯和合金之间的界面性能还需要得到提升，从而才能制备出高性能的石墨烯铜合金材料，现在也还未有石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金的报道。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，研制出一种石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金的制备方法，采用先制备石墨烯以及碳纳米管-铁纳米复合材料，然后将二者与铜粉和铁粉混合，SPS制备得到石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金材料，随后与阳极铜混合，真空熔炼，即可获得石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金铸锭；将合金铸锭车光，热锻及锻后车光，热轧，将加热温度缓慢降低至室温，即可获得石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金。

具体的发明内容如下：

一种石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备石墨烯：

石墨烯通过插层-膨胀-剥离法可控制备，所得到的石墨烯主要为5层以下的石墨烯；

(2)制备碳纳米管-铁纳米复合材料：

称取可溶性铁盐，柠檬酸以及次亚磷酸按照5:1:3的摩尔比溶于去离子水中，加入适量的乙醇作为碳源以及催化剂稀土氧化物，搅拌均匀，在反应釜中于165-185℃下水热反应2h，随后在氩气保护的条件下于600℃下热处理1小时，即可获得原位生长的碳纳米管-铁纳米复合材料；

(3)制备石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金：