[发明专利]石墨烯-铬钛铝复合材料的制备方法及其在刀具上的应用有效

专利信息
申请号: 201710137767.2 申请日: 2017-03-09
公开(公告)号: CN106914612B 公开(公告)日: 2019-05-10
发明(设计)人: 李彬;王红 申请(专利权)人: 洛阳理工学院
主分类号: B22F1/00 分类号: B22F1/00;C22C30/00;C22C32/00;C22C27/06;C23C24/10
代理公司: 洛阳公信知识产权事务所(普通合伙) 41120 代理人: 魏新培
地址: 471000 河南省洛*** 国省代码: 河南;41
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摘要:
搜索关键词: 石墨 铬钛铝 复合材料 制备 方法 及其 刀具 应用
【权利要求书】:

1.石墨烯-铬钛铝复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤一、选取纳米石墨烯粉体,并将其置于浓度为1.6wt%的氢氟酸水溶液中,超声波处理后静置60~90min,倒出上层溶液及漂浮的杂质,所得沉淀物加入去离子水进行洗涤,静置60~90min再次倒出上层溶液,再次加入去离子水进行洗涤多次,直至上层溶液pH值大于6.5为止,得到酸洗后石墨烯纳米粉;将所得酸洗后石墨烯纳米粉采用无水乙醇进行洗涤,得到预处理后的石墨烯纳米粉,备用;

步骤二、分别取Ti粉末、Cr粉末和Al粉末,按照步骤一相同的操作方法一次制得处理后的Ti粉末、Cr粉末和Al粉末,备用;

步骤三、将步骤一处理后的石墨烯纳米粉倒入装有去离子水、且设有温度传感器的容器中,得到悬浮液A,将装有悬浮液A的容器置于超声波发生器中,在120-170Hz、180~220r/min下超声搅拌,并将悬浮液A的温度升高至105℃,维持该温度,并超声搅拌35min后,按照m(聚乙二醇):m(悬浮液A)=1:80的比例取聚乙二醇,加入到悬浮液A中,继续超声搅拌15~20min,得到混合物B,备用;其中,去离子水的体积为石墨烯纳米粉体积7~8倍;

步骤四、将所得混合物B放入球磨罐中球磨180~220h后,取出混合物B在140~160℃条件下真空干燥24~25h,过筛,得到细化并非团聚的石墨烯纳米粉,备用;

步骤五、取步骤四制得的石墨烯纳米粉、步骤二制得的Ti粉末、Cr粉末和Al粉末倒入装有去离子水、且设有温度传感器的容器中,得到混合物C,其中,去离子水的体积为石墨烯纳米粉、Ti粉末、Cr粉末和Al粉末总体积的3~5倍;将装有混合物C的容器置于超声波发生器中,80~100Hz超声分散,同时对其进行100~150r/min搅拌;在超声搅拌过程中,将混合物C温度升高至100℃,维持该温度,继续超声搅拌30~40min,按照m(聚乙二醇):m(混合物C)= 1:100的质量比加入聚乙二醇,然后继续超声搅拌分散10~20min,超声搅拌分散结束后,得到混合物D,备用;

步骤六、将步骤五得到的混合物D放入球磨罐中球磨280~300h后,在170~180℃条件下真空干燥20~22h,过筛,得到石墨烯-铬钛铝复合材料;步骤一选取的纳米石墨烯粉体平均厚<3nm,片层直径为1~5μm,比表面积为40~60m2/g;步骤二选取的Ti粉末、Cr粉末和Al粉末的粒径均为15~45μm;步骤五中,按照质量百分比,石墨烯纳米粉占复合材料总质量的百分比为5~15%,Ti粉末占复合材料总质量的百分比为20~25%,Al粉末占复合材料总质量的百分比为20~25%,Cr粉末占复合材料总质量的百分比为35~55%。

2.根据权利要求1所述的石墨烯-铬钛铝复合材料的制备方法,其特征在于:步骤一中的超声波处理的参数为:60~80Hz超声波,在80~150r/min的转速下搅拌处理50~70min。

3.根据权利要求1所述的石墨烯-铬钛铝复合材料的制备方法,其特征在于:步骤四和步骤六中球磨罐中的球磨介质均为无水乙醇,研磨球为纳米硬质合金球。

4.如权利要求1所述的制备方法制备的石墨烯-铬钛铝复合材料在刀具上的应用,其特征在于,包括以下步骤:

步骤一、采用砂纸对刀具表面进行打磨至刀具表面的粗糙度Ra达到1.2~1.6μm,将刀具清洗干净并晾干,得到预处理后的刀具,备用;

步骤二、利用激光熔敷系统,利用激光熔覆头将权利要求1制备的石墨烯-铬钛铝复合材料熔覆到表面,其中,激光光斑直径恒定为1mm,激光熔覆层的搭接率恒定为20%,激光的输出功率为1.5~3.0kW,激光的扫描速度为180~300 mm/min,N2流量为3~10 L/min,熔覆完成后,断电自然冷却至室温,即得到石墨烯-铬铝钛复合涂层刀具。

5.根据权利要求4所述的石墨烯-铬钛铝复合材料在刀具上的应用,其特征在于:步骤一的刀具清洗步骤为:将刀具放入丙酮中超声清洗10min后,采用乙醇溶液超声清洗2min以洗去丙酮,然后再用去离子水冲洗干净;然后将刀具置于清洗液中在温度80℃下超声清洗10min,再在混合液中超声清洗2min,最后用去离子水冲洗干净, 其中,清洗液由体积比依次为1:1:5的NH3∙H2O、H2O2和H2O组成;混合液由体积比依次为1:50的HF和H2O组成。

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