[发明专利]一种铝基石墨烯复合耐磨自润滑材料制备工艺

说明书

本发明公开铝基石墨烯复合耐磨自润滑材料制备工艺，其制备工艺步骤为：S1:采用化学膨胀法将鳞片石墨制备成氧化石墨烯悬浊液；S2:氧化石墨烯悬浊液加入含铜的可溶盐,形成氧化石墨烯与Cu2+分层复合的结构,水溶液中加入强还原剂,将氧化石墨烯的中官能团及Cu2+还原成石墨烯及单质铜的混合物；S3:将S2步骤的混合物进行静止、过滤；在真空加热炉干燥室进行烘干，称量密封包装；S4:将铝合金融化后，将石墨烯与金属铜的复合物强制放置在铝合金熔体中升温，至高于熔点120‑150℃，保温20‑50分钟；S5:将混合均匀的铝与石墨烯液态熔体浇筑成各种零部件；石墨烯表面镀铜不仅防止石墨烯层状结构聚集，增加石墨烯与铝合金的润湿性。金属铜和铝合金能够以任何比例互熔。

技术领域

本发明涉及是一种铝基复合材料的制备方法，具体是一种铝基石墨烯复合耐磨自润滑材料制备工艺。

背景技术

铝基复合材料的比强度和比刚度高，同时具有良好的高温性能和耐磨性，且热膨胀系数低。石墨烯是一种新型二维纳米材料，其强度高达1.01TPa，是结构钢的100倍，而密度却是结构钢的1/5，是一种优良的增强复合材料。用石墨烯增强铝合金是进一步提高铝基复合材料的一个重要突破口。但是，目前石墨烯制备价格昂贵，直接采用石墨烯作为复合材料，生产成本高，经济利用价值低。

另外，现有铝基石墨烯复合材料主要以粉末冶金固态复合为主，采用液态复合很少，限制其应用范围及领域，而且固态复合的微观均匀性较差，复合后性能也低于液态复合。石墨烯与铝合金熔体进行液态复合的难点在于两者的润湿性较差，且不容易均匀分散。传统液态复合采用机械搅拌法强制复合，均匀性较差。石墨烯并不是以微观结构复合出现基体中，而是以宏观结构复合在铝基复合材料中，限制石墨烯高强度、高硬度的特性发挥，影响复合效果及最终的材料性能。

发明内容

本发明经过一系列研究及试验提出一种以鳞片石墨为原料，采用液态复合法制备一种铝基石墨烯复合耐磨自润滑材料的方法。不仅解决石墨烯与铝合金熔液液态不润湿的问题，而且石墨烯与铝合金熔体实现微观的均匀混合，复合材料性能大幅增加，具备较高的硬度、强度及自润滑性能。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案的整体制备步骤如下：

S1步骤：采用鳞片石墨，采用化学膨胀法制备氧化石墨烯熔液，鳞片石墨的层状结构被膨化，形成单层及多层二维结构的氧化石墨烯悬浊液；

S2步骤：在氧化石墨烯悬浊液加入含铜的可溶盐，在加热及超声波的复合作用下，氧化石墨烯中的官能团与Cu²⁺结合，形成氧化石墨烯与Cu²⁺分层复合的结构，实现插层混合，然后水溶液中加入强还原剂，将氧化石墨烯的中官能团及Cu²⁺还原成石墨烯及金属铜的混合物；进一步，可溶盐为CuSO4、CuCl2等；

S3步骤：将制备石墨烯与金属铜的混合物进行静止、过滤；在真空加热炉干燥室进行烘干，并压实成固体方块，并称量密封包装好备用；

S4步骤：将制备的铝合金在感应熔炼炉融化后，融化后将提前制备的石墨烯与金属铜的复合物采用倒扣的锥形耐高温陶瓷长柄漏斗，强制放置在铝合金熔体中，然后继续升温，升温至高于熔点120-150℃，保温20-50分钟；因石墨烯层状结构之间及表面都被金属铜所覆盖，大幅增加了石墨烯与铝熔体的润湿性，随着金属铜融化逐步进入铝合金熔液中，石墨烯逐步分散在铝合金熔体，形成铝合金与石墨烯均匀分散的混合物；

S5步骤：将混合均匀的铝与石墨烯液态熔体浇筑成各种零部件，形成各种铝合金零部件，形成的铝合金复合材料在后续重熔、使用过程中均能保证较好的稳定性；因石墨烯与铝合金熔体实现均匀混合，不再上浮及逸出。