[发明专利]一种石墨烯改性的硅铝复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯改性的硅铝复合材料及其制备方法，复合材料包括以下按质量百分比计的组分：0.5％～2％石墨烯、10％～18％硅、80％～89.5％铝基体，其中铝基体的成分及质量百分比为：Cu 4％‑5％、Mg 0.5％‑1.0％、Si 4％‑7％、余量为Al。本发明巧妙的将石墨烯引入铝硅合金，且通过改进的粉末冶金法实现了与传统铸造方法生产的铝硅合金类似的石墨烯改性硅增强铝复合材料，且具备了优异的导热性、耐磨性和力学性能，相比于高含量铝硅合金的传统铸造法，该方法制备工艺更加简单，工艺更稳定，材料性能稳定。

技术领域

本发明涉及铝基复合材料设计及制备技术领域，具体涉及一种石墨烯改性的硅铝复合材料的制备方法。

背景技术

在汽车制造领域，对汽车发动机提出了更高速度、更高功率的迫切需求，而发动机活塞的传统选择材料为铝硅合金，其中Si含量越高，该材料的耐磨性和耐高温性能越优异，而随着带来的问题是制备工艺更加复杂，甚至Si含量更高时，传统铸造工艺甚至无法实现大批量生产，如高品质A390合金是高级汽车发动机活塞的优选材料，但是国内目前并不具备大规模生产能力。

随着Si含量增加，合金中初晶硅和共晶硅的尺寸与形态控制是实现材料成功制备与否的关键。众所周知，当过共晶铝硅合金中的初晶硅平均尺寸保持在40μm以下，共晶硅平均尺寸12μm以下，且共晶硅形态为近球形时，过共晶铝硅合金才能具备优异的力学、耐磨以及良好的尺寸稳定性等优异的综合性能。以及铸造过程中温度场的控制技术。因此，先进的初晶硅及共晶硅成分和形态的控制技术就是决定高硅铝合金传统熔炼水平问题。

发明内容

针对上述已有高硅铝合金技术存在的不足，本发明提供一种石墨烯改性的硅铝复合材料的制备方法，本发明巧妙的将石墨烯引入铝硅合金，且通过改进的粉末冶金法实现与传统铸造方法生产的铝硅合金类似的石墨烯改性硅增强铝复合材料，本发明的材料具备优异的导热性、耐磨性和力学性能，相比于现有的高含量铝硅合金，制备工艺更加简单、工艺更稳定。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种石墨烯改性的硅铝复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料包括以下按质量百分比计的组分：0.5％～2％石墨烯、10％～18％硅、80％～89.5％铝基体；所述方法包括以下步骤：

(1)使用V型混料机将硅颗粒和铝基体的粉末混合均匀得到第一混合粉末，将第一混合粉末和石墨烯加入至酒精溶液中搅拌均匀后置于自然通风处晾干，得到第二混合粉末；V型混料机的气氛为氮气、转速为20r/min-30r/min、球料比为3～1:1、磨球的材质为氧化铝；将第一混合粉末和石墨烯加入至酒精溶液中搅拌均匀的工艺条件为：搅拌装置为电磁搅拌装置、搅拌次数为3-5次、搅拌时间为每次10min-15min、搅拌频率为0.5Hz-2Hz；

(2)将第二混合粉末加入钢模具，将钢模具置于普通加热炉中进行预压，预压的工艺条件为：加热温度为100℃-150℃、预压压力为100MPa-150MPa、保压时间为5min-10min；

(3)将预压后的钢模具置于真空炉中进行热压烧结，得到未脱模的石墨烯改性的硅铝复合材料，热压烧结的工艺条件为：真空度为1.5×10^-3Pa-3.5×10^-3Pa、加热温度为565℃-585℃、保温时间为3min-5min、热压压力为30MPa-45MPa、保压时间为3min-5min；

(4)将未脱模的石墨烯改性的硅铝复合材料随同钢模具同时取出后喷水冷却至钢模具的温度降低至室温后脱模，得到石墨烯改性的硅铝复合材料坯料；所述喷水冷却的冷却速率为10℃/s-12℃/s；