[发明专利]石墨烯增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯增强铝基复合材料及其制备方法，属于金属材料技术领域。其配方如下：石墨烯0.02%～1%，硅0.03%～0.08%，铁0.04%～0.15%，杂质元素≤0.05%，余量为铝；依次经过铝锭熔化、铝液精炼、铝液保温静置、铝液过滤、喷射沉积（石墨烯加入）、连续铸锭、连续轧制和成型收绕制备。本发明提供的制备方法简单可行，步骤易于操作，制备的产品具备材料材质均匀，结构致密，强度高，重量轻，导电导热性能好等优点；用于生产石墨烯增强铝基复合材料的装置性能可靠，使用方便，可实现连续生产。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯增强铝基复合材料及其制备方法，属于金属材料技术领域。

背景技术

近些年随着石墨烯的出现，研究者发现石墨烯与碳纤维和碳纳米管相比，具有更高的强度，更高的模量，更大的比表面积和更好的延伸性能，这使得石墨烯增强铝基纳米复合材料成为极具研究价值和应用前景的新材料，特别是在汽车、航空航天及输电传输领域的发展，尤其是在高真空、强电离辐射等恶劣环境中对铝基复合材料的比强度、比模量、耐蚀性、导电导热等性能要求更高，传统的陶瓷纤维和颗粒增强体已经不能满足要求。相比于陶瓷纤维增强体。碳质增强体因为高的导热性、低的热膨胀系数，优异的阻尼能力和非常好的自润滑性能引起了许多研究者们的广泛关注。

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格排列构成的单层平面薄膜，单层石墨烯产量很少，且价格昂贵。目前，工业上应用石墨烯普遍是2层与3层，乃至10层以内碳原子厚度的石墨烯，也具有特殊的物理性能。

国内在石墨烯增强铝基复合材料方面也进行大量的研究。例如中国专利CN201510553225.4方案采用在铝液中添加石墨烯和合金元素，再通过机械搅拌使石墨烯与铝液混合后，滚压成型器。CN201510388355.7方案采用在铝合金粉末与石墨烯粉末通过机械混合、低温球磨等工艺形成石墨烯/铝合金中间合金的形式加入到熔融的铝液中。采这些解决方案中，生产工艺复杂，且不能较好的将石墨烯均匀地分散到铝基体中，很难确保石墨烯增强铝基复合材料的性能均匀。

发明内容

本发明的目的是为了解决石墨烯材料均匀添加到铝基体中的制备方法及其制备装置，提供一种制备简单，易于操作的石墨烯增强铝基复合材料及其制备方法。

本发明的技术方案，石墨烯增强铝基复合材料，按质量百分比计配方如下：石墨烯0.02%～1%，硅0.03%～0.08%，铁0.04%～0.15%，杂质元素≤0.05%，余量为铝。

所述石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，步骤如下：

（1）选择铝锭，将其加入到熔铝炉中进行熔化，熔化的铝液经过流槽注入精炼炉，精炼炉的铝液到达设定要求后，停止铝液注入，将铝液升温至750～780℃时，用氮气带入精炼剂对铝液进行精炼，精炼带出渣灰通过扒渣口采用工具扒出；

（2）将处理好的铝液通过流槽注入保温炉，将保温炉的铝液温度加温至820～850℃，静置20～30min；

（3）将静置后的铝液经流槽注入过滤箱过滤后，铝液再经流槽注入喷射雾化装置的铝液盛集室，铝液盛集室的铝液温度控制在810～840℃；开启喷射雾化装置的喷枪，通入压力0.5～0.8MPa的惰性气体，铝液通过喷枪雾化，控制喷枪中铝液与惰性气体的流量比，通过喷嘴铝液流量为280～350克/秒，惰性气体流量为800～1500立方毫米/秒，使铝液滴直径控制在10～100μm；

（4）待铝液滴调整合适后，开启石墨烯添加装置，根据石墨烯增强铝基复合材料的石墨烯含量比例要求，根据铝液流量连续定量的注入石墨烯薄片，注入的石墨烯薄片通过压力80～100KPa的惰性气体从导管喷嘴中，将石墨烯薄片喷散到雾化沉积室内；石墨烯薄注入量与液雾化铝液流量速度匹配，使墨烯增强铝基复合材料中的石墨烯的质量百分比在0.02%～1%之间；