[发明专利]一种高强度铝合金复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于铝合金纳米复合材料技术领域，具体涉及一种高强度铝合金复合材料及其制备方法。该复合材料包括基体铝合金和分布在所述基体铝合金中的增强相，所述增强相为SiO₂包覆的石墨烯。发明通过在石墨烯表面包覆SiO₂可有效防止石墨烯团聚，实现石墨烯在铝合金基体中的均匀分散，而且SiO₂可改善石墨烯纳米材料与铝合金基体之间的界面性能。

技术领域

本发明属于铝合金纳米复合材料技术领域，具体涉及一种高强度铝合金复合材料及其制备方法。

背景技术

铝合金复合材料具有易于加工、质量轻、比强度高、热膨胀系数低等特点，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中具有广泛应用。常用的铝合金复合材料增强体有氧化铝、碳化硼和碳化硅等，这些增强体的加入可以大大提高铝合金复合材料的强度和弹性模量，然而由于在加工过程中容易生成针状碳化铝相(Al₃C₄)，Al₃C₄是一种脆性相，能导致复合材料的韧性降低。

石墨烯具有高强度二维结构，具有超高比表面积，在铝合金基体中添加石墨烯，可以同时具备高强度和高韧性，而且，石墨烯是一种非常好的固体润滑剂，可以明显改善材料的耐磨损性能。此外，石墨烯在光学、热学和电学性能上均具有优异性能，以及纳米量子效应，可赋予复合材料轻质、导电、导热和优异的加工性能等性能。近年来，关于石墨烯增强铝基纳米复合材料的报道在逐渐增加。

例如申请号为201810310267.9，专利名称为：“一种石墨烯复合铝合金的制备方法”，的中国发明专利申请中，公开了利用球磨机对铝合金粉末和石墨烯进行研磨，形成铝合金粉末和石墨烯相互包裹的颗粒，然后将颗粒碾压为片状，将这些片状的石墨烯和铝合金粉末的复合体投入到金属溶液中，再经过精炼、扒渣、静置和球磨等步骤，最终得到石墨烯复合铝合金，所得到的石墨烯铝合金型材的热导率得到极大的改善。然而，该方法中仅通过球磨的方法来防止石墨烯在制备过程中产生团聚，其效果有限，不能有效实现石墨烯纳米材料在铝合金基体中均匀分散。

申请号为201810161958.7，专利名称为：“一种石墨烯增强铝合金材料及其制备方法”的中国发明专利申请中，公开了将石墨烯加入化学镀金属溶液，得到表面处理后的石墨烯，然后将表面处理后的石墨烯与铝合金粉搅拌，最终得到石墨烯增强铝合金材料。通过对石墨烯进行表面处理，使表面处理之后的石墨烯较容易在金属中分散，使得到的铝合金材料具有良好的综合性能。然而，该专利中由于石墨烯纳米材料与铝合金基体材料之间的界面结合不够稳定，使所得的复合材料的稳定性和机械性能达不到要求。

综上所述，现有技术中石墨烯增强铝基纳米复合材料存在以下问题：(1)由于石墨烯材料具有非常大的比表面积，石墨烯纳米材料趋向于彼此重叠以降低它们的表面能，导致在其在复合材料的制备过程中容易产生团聚，使石墨烯纳米材料很难在铝合金基体中均匀分散，对复合材料的力学性能产生不利影响；(2)石墨烯纳米材料与铝合金基体材料之间的界面性能不够稳定，影响复合材料的稳定性和机械性能。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明要达到的目的是：(1)实现石墨烯在铝合金基体中的均匀分散；(2)改善石墨烯纳米材料与铝合金基体之间的界面性能。

为达到上述目的，本发明研制出一种高强度铝合金复合材料，本发明的技术方案为：

一种高强度铝合金复合材料，所述复合材料包括基体铝合金和分布在所述基体铝合金中的增强相；

所述基体铝合金的化学成分包括：

1.5～3wt％的Mg；

1.0～1.5wt％的Si；

0.5～1.0wt％的Co；

0.3～0.8wt％的Mo；