[发明专利]一种改性石墨烯纳米片镁铝材料的制备及界面优化方法

说明书

一种改性石墨烯纳米片镁铝材料的制备及界面优化方法，先在石墨烯纳米片表面形成含氧键，再吸附溶体中的Ce离子，烧结得到涂覆CeO₂的石墨烯纳米片；将所得粉末与铝粉导入乙醇搅拌预混并烘干，真空球磨，所得混粉真空加热并保温；再与镁合金粉混合进行真空间歇球磨，转速先低后高，后密封空冷至室温；所得混粉再次烘干放入软包热挤压得棒料，剪短加入镁合金半固态中，间歇超声处理，所得半固态保持磁力搅拌进行流变压铸得到材料。本发明可将稀土氧化物包覆在石墨烯纳米片上，在改善润湿的基础上进一步提高包覆层的利用性；缓解因碳材料加入导致的抗腐蚀性能下降；可降低GNPs的团聚；能够更好的分散增强相；简单有效适用于批量生产。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域。

背景技术

镁合金是目前最轻的金属结构材料，在机械及电子等领域具有广阔的应用前景。这是由于镁合金具有优良的阻尼、屏蔽性能以及生物相容性。但是镁合金同时也存在绝对强度低、变形能力差以及耐腐蚀性差等问题。通过加入自身物理性能较好的增强相可有效提高合金强度、硬度等，但也存在容易引入缺陷导致性能不均或增加电化学腐蚀几率等问题。

石墨烯纳米片（GNPs）是厚度在5-100nm范围内的单层石墨烯层状堆积体，相比单层石墨烯，具有更好分散性，同时又保持了极好的强度和机械性能的特点。其模量以及断裂强度可参照单层石墨烯，此外，密度与镁合金相差不大，因而即使通过熔铸方法制备也不易出现上浮现象，可认为是镁基复合材料的理想增强相。然而，由于其尺寸极小，使得它在自然状态下容易出现团聚。将GNPs作为增强相来优化轻金属基复合材料的力学性能，还需要优化其与基体的界面，使其与基体具有更好的润湿。此外，通过部分学术论文可知，碳类材料的加入还有降低镁合金耐腐蚀的可能性。而稀土本身除能够一定程度上优化镁合金基体组织结构外还有增强镁合金的抗腐蚀性的作用。

目前常用的纳米材料改善润湿性方法为表面镀层法，简而言之就是在纳米增强相表面生成一层与基体具有更好润湿性的物质作为过渡。而镀层物质的选择通常为与基体能够有少量化学反应的物质，如常见的单质铜或镍对于铝基体等。稀土本身具有对合金变质的效果，如果能够引入作为表面镀层材料，势必会进一步提高镀层的有效性。另一方面，通过搅拌铸造法和粉末冶金法制备GNPs镁基复合材料较为常见。这两种方法各有优势，熔铸相对简单，但极易因润湿不好而在凝固过程中将GNPs推到晶界而大量团聚，而极差的润湿也会导致直接液面加入难于进入熔体的问题。粉末冶金分散效果更好，但是未解决润湿性以及烧结导致的致密性等问题。其最终性能强化效果一般。

在公开专利号CN 108838401 A，名称为“基于粉末触变成形制备石墨烯增强镁基复合材料的方法”中，采用了混料、冷压以及半固体成型等方法制备了石墨烯增强镁基复合材料，该方法有较强的参考意义，然该方法所制备的材料界面结合还需要优化才可促进承载强化的发挥。

在公开专利号CN 108251679 A，名称为“一种石墨烯增强镁基复合材料的制备方法”中，采用半固态区间制备GNPs强化镁合金，可一定程度降低制备难度。然而，界面结合以及分散性并未得到优化。

在公开专利号103361637A，名称为：“一种化学镀镍石墨烯的制备方法”中。该法为典型的化学镀方法，需要使用大量的镀液进行繁琐的活化敏化等操作，极易因pH值的微量变化导致包覆程度下降，还会造成污染等问题，具有局限性。

因此，目前仍然缺乏一种经济且有效的GNPs界面改性且能够增强镁基复合材料制备与成形技术。

发明内容