[发明专利]一种碳源增强剂、碳源增强合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳源增强剂、碳源增强合金及其制备方法。本发明中的碳源增强剂原料包括合金核和活性组分；所述活性组分包括粘接剂和碳源；所述粘结剂至少包含含硅无机粘接剂；所述碳源为石墨烯或/和碳纤维；所述合金核至少包含A、B两种成分，A为硅，B为金属元素。本发明具有能有效将碳纤维或石墨烯均匀分散到熔融状态的待增强合金中，进而提高合金性能，扩大能够添加石墨烯或/和碳纤维的合金铸造工艺范围。

技术领域

本发明涉及合金领域，具体涉及一种合金及其制备方法。

背景技术

合金是由两种或两种以上的金属元素，或以金属为基添加其他非金属元素，然后通过合金化工艺(熔炼、机械合金化、烧结、气相沉积等等)而形成的具有金属特性的金属材料。由于在合金材料中存在有多种元素，融合了不同元素的特性，从而扩大了合金材料的性能和使用范围，如铜合金、铝合金、钛合金、锌合金等。而对于不同的合金材料而言，不同合金具有不同的性能，如铜铝合金具有较低的热膨胀系数、较高导热率、耐高温、较高的抵抗磨损性能、抗拉强度、屈服强度等，因此可以用来制作弹簧、电子设备的金属器件、五金器材、医疗设备等，但其却存在抗拉强度和冲击韧性较差的问题。

为了克服合金存在的抗拉强度和冲击韧性较差的问题，现有技术中公开了在合金中添加碳纤维或石墨烯以提高合金的抗拉强度和冲击韧性的方式，但是由于碳纤维和石墨烯在熔融态合金中的润湿性较低，因此，在合金中添加碳纤维或石墨烯，并且使碳纤维或石墨烯能够在熔融态合金中均匀分散十分困难。

为了能达到碳纤维或石墨烯均匀分散在合金中的目的，通常做法是改变制备工艺，采用不需要金属完全熔融的合金铸造工艺。如中国专利文献CN08396168A，其公开了使用有机亲水改性剂对铝合金粉末进行改性，然后再与石墨烯混合，最后再加热至半固态后进行挤压加工，进而得到石墨烯与合金均匀相融的目的。又如CN108060321A中，采用压铸方法，该方法先要制备铝合金颗粒，然后再在铝合金颗粒中加入碳纤维或石墨烯，最后再通过半固态浆料挤压铸造实现碳纤维或石墨烯增强合金的制备。

上述两种方法在一定程度上通过将碳纤维或石墨烯直接分散于合金内解决了合金中普遍存在的抗拉强度和冲击韧性较差的问题，但是无论是上述改性的方式还是压铸的方式，为了达到石墨烯与合金均匀分散且相融的目的，在合金中添加碳纤维或石墨烯后，都需要处于固液共存状态，导致碳纤维或石墨烯的添加仅仅只适用于压力铸造和连续铸造中，在砂型铸造和金属铸造中无法使用，极大地限制了合金的铸造工艺。

发明内容

本发明提供了一种能够在熔融液态金属液中和更多的合金铸造工艺中进行石墨烯或碳纤维有效添加的碳源增强剂，并提供添加了碳源增强剂的碳源增强合金，以及相应的制备方法。

一种碳源增强剂，原料包括合金核和活性组分；

所述活性组分包括粘接剂和碳源；所述粘接剂至少包含含硅无机粘接剂；所述碳源为石墨烯或/和碳纤维；

所述合金核至少包含A、B两种成分，A为硅，B为密度大于硅的金属元素。

本发明的合金核中还包括C成分，C为待增强合金中的任意一种主金属元素，且B与C的密度不同。该主金属元素指在合金中组成含量大于10%的金属元素。

所述B为铜，C为铝，合金核的密度为3～5g/cm³。

本发明中石墨烯根据层数不同的密度在0.77～1.2 g/cm³之间，碳纤维的密度约为1.8 g/cm³。

所述粘接剂还包括有机粘接剂。

所述有机粘接剂为糖、树脂中的一种或多种；其中，所述糖包括白糖、葡萄糖、糖稀中的一种或多种；所述树脂包括PVDF或其他的种类的树脂。

所述含硅无机粘接剂为大孔硅胶、粗孔硅胶、B型硅胶、细孔硅胶中的一种或多种。