[发明专利]一种石墨烯及反应自生纳米氧化镁颗粒复合增强镁基复合材料及其制备方法

说明书

一种石墨烯及反应自生纳米氧化镁颗粒复合增强镁基复合材料及其制备方法，涉及一种石墨烯增强镁基复合材料及其制备方法。是要解决现有复合材料中石墨烯与镁基体润湿性差，石墨烯分散性差，界面结合强度低的问题。该复合材料由氧化物、石墨烯和镁基体三种原料制成。方法：一、搅拌铸造或粉末冶金；二、热变形：将铸态复合材料或烧结态复合材料进行热挤压或者轧制变形。本方法制备的复合材料界面处无孔洞、无杂相，石墨烯与基体润湿较好，石墨烯与基体之间界面作用较强。本发明用于镁基复合材料领域。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯增强镁基复合材料及其制备方法。

背景技术

随着全球经济的巨大发展，传统金属材料的消耗与日俱增，常用金属矿产正逐年短缺。同时，经济发展对能源的过度开采与对环境的污染等问题日益严重，已经成为国家可持续发展中亟须解决的问题之一。

镁的密度为1.74g/cm³，仅为铁的25％，具有高的比强度、比刚度，优良的减震性，可回收使用等特性而成为世界上最轻的结构材料。因此，镁及其合金在航空航天、军事、交通及电子产品等领域具有广泛的应用前景。镁合金在以上领域的应用以每年15％左右的速度增长。我国具有丰富的镁蕴藏量，约占世界探明储量的25％以上，青海省柴达木盆地镁盐(MgCl₂)已探明储量60.5亿吨，占全国保有储量的96.8％，具有独特的资源优势。尽管如此，由于镁合金的强度、弹性模量、磨损抗力等机械性能较低，限制了其作为结构材料的应用。镁合金的高膨胀系数及抗高温蠕变性能差，更是限制了其在大于150℃的高温条件下的使用。

近年来，石墨烯作为一种新型的增强体材料，引起了各研究领域的广泛关注。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道结合，只有单原子层厚度的二维材料，是构成碳质材料的基本单元。石墨烯的这种特殊结构使其表现出非常优异的物理性能和机械性能，从而使其具有突出的力学性能和导热导电性能。例如，其强度高达130GPa，载流子迁移率为15000cm²/(V·s)，二者均为已知材料之最。

利用粉末冶金技术通过向Mg-Al镁合金中添加0.3wt.％的石墨烯纳米片，可使基体合金的杨氏模量、屈服强度、延伸率分别提高1.3倍、0.49倍和0.74倍，其抗拉强度达到246MPa，延伸率为16.9％。由此可见，石墨烯作为镁的增强体具有巨大的潜力。但是，由于石墨烯与镁基体间的不润湿性，简单的将石墨烯和镁基体进行混合将导致较弱的界面结合强度，较弱的界面结合强度对提升复合材料性能不利，这限制了复合材料的进一步应用。

发明内容

本发明是要解决现有复合材料中石墨烯与镁基体润湿性差，石墨烯分散性差，界面结合强度低的问题，提供一种石墨烯及反应自生纳米氧化镁颗粒复合增强镁基复合材料及其制备方法。

本发明石墨烯及反应自生纳米氧化镁颗粒复合增强镁基复合材料由氧化物、石墨烯和镁基体三种原料制成，其中氧化物和石墨烯的质量比为1:(1～5)，石墨烯占三种原料总质量的0.1％～2.0％，其余为镁基体。

进一步的，所述氧化物为氧化锌、氧化铝、氧化硅、氧化镍、氧化铜或氧化铁。

进一步的，所述镁基体为纯镁或镁合金。

进一步的，所述石墨烯为氧化石墨烯、石墨烯、石墨烯纳米片中的一种或几种按任意比组成的混合物。

上述石墨烯及反应自生纳米氧化镁颗粒复合增强镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

一、搅拌铸造